亞微米結(jié)構(gòu)的激光制備及特性研究.pdf

1、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

2、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 SiOx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，為了

3、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 kHz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 SiOx比較密集時光致發(fā)光達(dá)到最強(qiáng)。同時也發(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