硅片表面粗糙度對飛秒激光誘導(dǎo)表面周期結(jié)構(gòu)的影響

1.7萬字 39頁 原創(chuàng)作品，已通過查重系統(tǒng)


摘要
激光誘導(dǎo)表面周期微結(jié)構(gòu)是一個普遍的現(xiàn)象，一般認(rèn)為是入射激光與表面散射光的干涉引起的。近年，很多學(xué)者報道了利用飛秒激光輻照可在 Si 表面誘導(dǎo)出一種與激光偏振垂直的近波長結(jié)構(gòu)。條紋的形成不能用以往的理論來解釋，可能與表面等離子體有關(guān)。
本論文主要來研究Si片表面激發(fā)等離子體的可能性，通過使用激光中心波長為800nm，重復(fù)頻率為1Khz、脈寬為120fs的飛秒激光脈沖靜態(tài)輻照和線性掃描輻照硅表面研究了波紋的形成機(jī)制，用表面粗糙度不同的Si片研究了不同粗糙度對表面周期結(jié)構(gòu)的影響。在靜態(tài)輻照粗糙Si片表面，脈沖數(shù)在1個的時候就可以形成表面周期結(jié)構(gòu)，而光滑Si片在脈沖大于2個以后才可以形成。線性掃描輻照粗糙Si片表面，得到了垂直于激光偏振方向的近波長條紋和與該條文互相垂直的二級微米級條紋，光滑Si片表面則只有垂直于激光偏振的近波長條紋。采用FDTD模擬進(jìn)一步證實二級條紋的形成可能是由于在同等輻照時間下粗糙硅片表面形成的近波長條紋深度更深引起的，這一結(jié)果進(jìn)一步說明粗糙硅片表面確實更容易形成近波長條紋結(jié)構(gòu)。研究表明，樣品表面質(zhì)量對近波長條紋結(jié)構(gòu)的形成具有重要作用，可能的機(jī)制是：表面粗糙度引起的散射光可以與表面等離子體波的波矢匹配，激發(fā)表面等離子體波；表面等離子體波進(jìn)而與入射激光發(fā)生干涉形成光場的周期調(diào)制，最終誘導(dǎo)條紋形的周期性燒蝕結(jié)構(gòu)。這項研究解答了入射光與表面等離子體波干涉模型中的表面等離子體波的激發(fā)方式問題。



關(guān)鍵字：飛秒激光，硅，表面粗糙度，波矢匹配