【摘要】：作為最重要的半導(dǎo)體材料之一,晶體硅具備提純簡單、摻雜容易、耐高溫等優(yōu)點(diǎn),被廣泛用于制作硅基半導(dǎo)體器件和光子器件。但是,由于在可見光到紅外波段內(nèi)晶體硅表面對光的反射特別強(qiáng),再加上其屬于間接禁帶半導(dǎo)體材料,這大大的降低硅基器件對光的響應(yīng)靈敏度和轉(zhuǎn)換效率,從而限制了晶體硅從可見光波段到紅外波段的使用范圍。鑒于當(dāng)今信息化社會(huì)對硅基光電子器件和半導(dǎo)體器件性能的要求逐步提高,各國研究人員不斷地在探索對晶體硅材料進(jìn)行改性的新方法。本文利用飛秒脈沖激光輻照晶體硅材料表面制備亞微米結(jié)構(gòu)對材料進(jìn)行改性并研究了改性后材料的性能。通過在空氣中不同能量強(qiáng)度和掃描速度下,利用10 Hz飛秒脈沖激光輻照晶體硅制備出了亞微米結(jié)構(gòu)。并結(jié)合其光致發(fā)光特性,傅里葉紅外光譜特性和表面元素分布,驗(yàn)證了檢測中出現(xiàn)的橙色熒光峰(位于603 nm處)和紅色熒光帶(位于680 nm附近)分別來源于低值氧化物Si Ox和量子限制效應(yīng)復(fù)合作用,而且發(fā)現(xiàn)氧元素對光致發(fā)光有著不可替代的作用。同時(shí),為了進(jìn)一步探索在飛秒激光與晶體硅相互反應(yīng)過程中氧元素對材料表面亞微米結(jié)構(gòu)的影響,本論文使用1 k Hz飛秒脈沖激光分別于純水與空氣里通過改變掃描速度和能量強(qiáng)度輻照單晶硅表面制備亞微米結(jié)構(gòu)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明只有當(dāng)材料表面的亞微米結(jié)構(gòu)深度較淺且低值氧化物Si Ox比較密集時(shí)光致發(fā)光達(dá)到最強(qiáng)。同時(shí)也發(fā)現(xiàn)在不同的能量強(qiáng)度下飛秒脈沖激光與單晶硅材料的相互作用機(jī)理不同,通過調(diào)節(jié)掃描速度和能量強(qiáng)度可以控制晶體硅材料表面亞微米結(jié)構(gòu)的形成。通過對飛秒激光輻照單晶硅后表面亞微米結(jié)構(gòu)的制備及其特性的探索,在深入研究了光致發(fā)光機(jī)理的同時(shí),對于飛秒脈沖激光與晶體硅相互作用過程有了更清楚的認(rèn)識(shí),為制備具有更高性能的硅基光電器件打下了基礎(chǔ)。
【圖文】：

器五個(gè)部分組成（如圖 2-2 所示）。飛秒激光器采用啁啾放大器將 532 nm 連續(xù)綠光利用鎖模技術(shù)轉(zhuǎn)化為 74 MHz，20 fs 的寬器將種子光源從 fs 量級展寬至 ps 量級的脈沖激光；多通再將脈沖激光的能量增大六個(gè)數(shù)量級到強(qiáng)度為幾個(gè)毫焦量級統(tǒng)主放大器將所得皮秒激光從幾個(gè)毫焦量級提高到 75 mJ 左縮器將 75 mJ，74 MHz 的皮秒激光壓縮為 10 Hz 的飛秒脈沖飛秒激光器的性能參數(shù)指標(biāo)為：單脈沖能量：35 mJ脈沖寬度 ：45 fs比 ：105ns寬度 ：30 nm波長 ：800 nm頻率 ：10 Hz

圖 2-3 飛秒脈沖激光系統(tǒng)光路圖Fig.2-3 The optical scheme of the ultrashort pulse system2.1.2 1 kHz 飛秒脈沖激光系統(tǒng)由于 10 Hz 飛秒激光器的光束質(zhì)量和加工效果始終不是很理想，而且重頻率比較低，為了得到結(jié)構(gòu)更精細(xì)的表面結(jié)構(gòu)以及深入研究飛秒激光輻照后晶體硅的特性，，我們使用了另一套 1 kHz 的飛秒激光器。這是直接購買pectra-Physics 公司制作的飛秒激光器，實(shí)物圖如圖 2-4 所示。本套飛秒激光器的性能參數(shù)指標(biāo)為：重復(fù)頻率 ：1 kHz
【學(xué)位授予單位】：西南科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TN249;TN304.12

【參考文獻(xiàn)】

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1 曾剛,楊宏春,阮成禮,楊春;硅基發(fā)光材料研究進(jìn)展[J];壓電與聲光;2004年04期

本文編號(hào)：2579259