脈沖激光燒蝕制備納米Si晶粒的成核及帶電性研究.pdf

1、本文采用脈沖激光燒蝕技術(shù),結(jié)合流體動力學模型和成核區(qū)模型,實驗研究了環(huán)境氣壓和平行擋板對燒蝕粒子與環(huán)境氣體原子碰撞、成核、傳輸?shù)任⒂^過程的影響,分析確定不同氣壓和擋板位置條件下納米晶粒成核區(qū)的位置和范圍。通過測量燒蝕粒子的電流響應方法對激光燒蝕粒子的帶電特性進行系統(tǒng)的研究,揭示激光燒蝕過程中成核動力學的機理,探求影響納米晶粒成核尺寸大小的關(guān)鍵因素。本工作的開展將有助于對激光燒蝕動力學過程中納米晶粒成核機理的深層次理解以及高質(zhì)量尺寸可控的

2、納米晶粒的制備。主要研究成果如下:
　　1、在1~200Pa的Ar氣環(huán)境下,采用脈沖激光燒蝕高阻抗單晶Si靶,在距離燒蝕點正下方2.0cm處水平放置一系列單晶Si或玻璃襯底,沉積制備納米Si薄膜,研究環(huán)境氣壓的變化對納米Si晶粒成核區(qū)范圍的影響。結(jié)果表明,隨著環(huán)境氣壓的升高,納米Si晶粒成核區(qū)的范圍開始增大,到氣壓為50Pa時達到最大值3.63cm,繼續(xù)提高氣壓,成核區(qū)的范圍有開始緩慢減小。
　　2、在10Pa的Ar氣環(huán)境氣

3、氛中,在遠離靶平面位置處垂直放置擋板,而在羽輝下方平行于羽輝方向放置襯底沉積納米Si晶薄膜,實驗研究擋板位置的變化對激光燒蝕制備納米Si晶粒成核區(qū)特征參數(shù)(成核區(qū)的范圍、寬度等)的影響。結(jié)果表明,隨著擋板距離的增加,納米晶粒成核區(qū)的范圍逐漸減小,擋板在距靶3cm時放置時納米晶粒成核區(qū)達到最小值為2.78cm。在不加擋板時納米晶粒成核區(qū)寬度值最大。
　　3、為了得到近似水平方向運動的燒蝕粒子,在靶與襯底之間放置一個中心開孔的擋板,通

4、過改變擋板上孔徑的尺寸,定量研究孔徑尺寸對激光燒蝕沉積納米Si晶粒產(chǎn)量及其分布的影響。得到了隨著孔徑尺寸的增大納米晶粒的平均尺寸逐漸減小,而納米晶粒的數(shù)量的與小孔直徑的1.5次方成正比。
　　4、在以上研究的基礎(chǔ)上,通過測量燒蝕粒子的電流響應方法對不同氣壓下激光燒蝕粒子的帶電特性進行系統(tǒng)的研究。結(jié)果表明,燒蝕粒子中硅離子的濃度隨著氣壓的增加呈現(xiàn)先增大后減小趨勢,在氣壓為3Pa時硅離子濃度達到最大值;納米硅晶粒帶有正電荷,在氣壓為8