搜索

x

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

1064 nm纳秒脉冲激光诱导硅表面微结构研究

杨宏道 李晓红 李国强 袁春华 唐多昌 徐琴 邱荣 王俊波

引用本文:
Citation:

1064 nm纳秒脉冲激光诱导硅表面微结构研究

杨宏道, 李晓红, 李国强, 袁春华, 唐多昌, 徐琴, 邱荣, 王俊波

Silicon surface microstructures created by 1064 nm Nd∶YAG nanosecond laser

Yang Hong-Dao, Li Xiao-Hong, Li Guo-Qiang, Yuan Chun-Hua, Tang Duo-Chang, Xu Qin, Qiu Rong, Wang Jun-Bo
PDF
导出引用
  • 利用Nd:YAG纳秒激光(波长为1064 nm)在不同气氛(空气、N2,真空)中对单晶硅进行累积脉冲辐照,研究了表面微结构的演化情况.在激光辐照的初始阶段,与532和355 nm纳秒脉冲激光在硅表面诱导出波纹结构不同,1064 nm脉冲激光诱导出了微孔结构和折断线结构,并且硅的晶面取向不同,相应的折断线结构也不同.对于Si(111)面,两条折线交角为120°或60°,形成网状;而对于Si(100)面,两条折断线正交,从而将表面分成了15—20 μm的矩形块.结果表明,微孔结构的生长过程主要与相爆炸有关,而折断线的形成主要是热应力作用的结果.不同气氛对微结构形成的影响表明,刻蚀率和生长率与微结构的形成有密切的关系.
    We investigated the evolution of surface microstructures created on single crystal silicon wafers by the cumulative Nd ∶YAG nanosecond laser pulses (wavelength 1064 nm ) in different atmospheres (N2, air and vacuum). Micropore structure and the fracture lines are formed after irradiation of a few laser pulses,compared with ripple structures created by laser pulses of wavelengths of 532 and 355 nm. The fracture line structure is different for (111) and (100) silicon. The fracture lines have 60°and 120° intersections for (111) silicon. For (100)-oriented silicon wafers, two sets of fracture lines intersect at 90° to form a grid that divides the surface into rectangular blocks with side length of from 15 to 20 μm. We think that phase explosions are responsible for the growth of micropore structure. The fracture lines are mainly due to thermal stress. Finally, We studied the formation of microstructures under different atmospheres, and the results show that it is closely related to the etching and growth rate.
    • 基金项目: 四川省教育厅科研基金(批准号:08ZB006,09ZA128)、西南科技大学博士研究基金(批准号:06ZX7113)和四川省科技厅项目(批准号:07JY029-150)资助的课题.
    [1]

    Chen B, Yu B K, Yan X N, Qiu J R, Jiang X W, Zhu C S 2004 Chin. Phys. 13 968

    [2]

    Li C B, Jia T Q, Sun H Y, Li X X, Xu S Z, Feng D H, Wang X F, Ge X C, Xu Z Z 2006 Acta Phys. Sin. 55 217 (in Chinese) [李成斌、贾天卿、孙海轶、李晓溪、徐世珍、冯东海、王晓峰、葛晓春、徐至展 2006 物理学报 55 217]

    [3]

    Bimbaum M, Stocker T L 1966 J. Appl. Phys. 17 461

    [4]

    Huang W Q, Xu L, Wang H X, Jin F, Wu K Y, Liu S R, Qin C J, Qin S J 2008 Chin. Phys. B 17 1817

    [5]

    Zhao X H, Gao Y, Xu M J, Duan W T, Yu H W 2008 Acta Phys. Sin.57 5027(in Chinese)[赵兴海、高 杨、徐美健、段文涛、於海武 2008 物理学报 57 5027 ]

    [6]

    Young J F, Preston J S, van Driel H M, Sipe J E 1983 Phys. Rev. B 27 1141

    [7]

    Faucets P M, Siegman A E 1982 Appl. Phys. Lett. 40 824

    [8]

    Rudolph P, Kautek W 2004 Thin Solid Films 453 537

    [9]

    Bolle M, Lazare S 1993 Appl. Surf. Sci. 69 31

    [10]

    Lowndes D H, Fowlkes J D, Pedraza A J 2000 Appl. Surf. Sci. 154 647

    [11]

    Wang R, Yang J J, Liang C Y, Wang H S, Han W, Yang Y 2009 Acta Phys. Sin.58 5429(in Chinese) [王 锐、杨建军、梁春永、王洪水、韩 伟、杨 阳 2009 物理学报 58 5429]

    [12]

    Yang Y, Wang C, Yang R D, Li L, Xiong F, Bao J M 2009 Chin. Phys. B 18 4906

    [13]

    Hu H F, Wang X L, Li Z L, Zhang N, Cui H C 2009 Acta Phys. Sin.58 7662 [胡浩丰、王晓雷、李智磊、张 楠、翟宏琛 2009 物理学报 58 7662]

    [14]

    Yang L, Wang Q Y 2009 Chin. Phys. B 18 4292

    [15]

    Ran L L, Qu S L, Guo Z Y 2010 Chin. Phys. B 19 034204

    [16]

    Younkin R, Carey J E, Mazur E, Levinson J A, Friend C M 2003 J. Appl. Phys. 93 2626

    [17]

    Crouch C H, Carey J E, Shen M, Mazur E, Genin F Y 2004 Appl. Phys. A 79 1635

    [18]

    Huang Z H, Carey J E, Liu M G, Guo X Y, Mazur E, Campbellet J C 2006 Appl. Phys. Lett. 89 033506

    [19]

    Halbwax M, Sarnet T, Delaporte P H, Sentis M, Etienne H, Torregrosa F, Vervisch V, Perichaud I, Martinuzzi S 2008 Thin Solid Films 516 6791

    [20]

    Xiong P X, Jia X, Jia T Q, Deng L, Feng D H, Sun Z R, Xu Z Z 2010 Acta Phys. Sin. 59 311(in Chinese)[熊平新、贾 鑫、贾天卿、邓 莉、冯东海、孙真荣、徐至展 2010 物理学报 59 311]

    [21]

    Yuan C H, Li X H, Tang D C, Yang H D 2010 High Power Laser and Particle Beams 22 2(in Chinese)[袁春华、李晓红、唐多昌、杨宏道 2010 强激光与粒子束 22 2]

    [22]

    Sun C W 2002 Effect of Laser Irradiating ( Beijing:National Defense Industry Press) pp202-204(in Chinese)[孙承纬 2002 激光辐照效应(北京:国防工业出版社)第202—204页]

    [23]

    Yuan C H, Li X H, Tang D C, Yang H D, Li G Q 2010 Acta Phys. Sin. 59 7015(in Chinese) [袁春华、李晓红、唐多昌、杨宏道、李国强 2010 物理学报 59 7015]

    [24]

    Dabby F W, Peak U C 1972 IEEE Journal of Quantum Electronics QE-8 106

    [25]

    Shen M Y, Crouch C H, Carey J E, Younkin R, Mazur E, Sheehy M, Friend C M 2003 Appl. Phys. Lett. 82 1715

    [26]

    Gagliano F P, Paek U C 1974 Appl. Opt. 13 274

    [27]

    Valentin C, Doina C 1999 Appl. Surf. Sci. 138 218

  • [1]

    Chen B, Yu B K, Yan X N, Qiu J R, Jiang X W, Zhu C S 2004 Chin. Phys. 13 968

    [2]

    Li C B, Jia T Q, Sun H Y, Li X X, Xu S Z, Feng D H, Wang X F, Ge X C, Xu Z Z 2006 Acta Phys. Sin. 55 217 (in Chinese) [李成斌、贾天卿、孙海轶、李晓溪、徐世珍、冯东海、王晓峰、葛晓春、徐至展 2006 物理学报 55 217]

    [3]

    Bimbaum M, Stocker T L 1966 J. Appl. Phys. 17 461

    [4]

    Huang W Q, Xu L, Wang H X, Jin F, Wu K Y, Liu S R, Qin C J, Qin S J 2008 Chin. Phys. B 17 1817

    [5]

    Zhao X H, Gao Y, Xu M J, Duan W T, Yu H W 2008 Acta Phys. Sin.57 5027(in Chinese)[赵兴海、高 杨、徐美健、段文涛、於海武 2008 物理学报 57 5027 ]

    [6]

    Young J F, Preston J S, van Driel H M, Sipe J E 1983 Phys. Rev. B 27 1141

    [7]

    Faucets P M, Siegman A E 1982 Appl. Phys. Lett. 40 824

    [8]

    Rudolph P, Kautek W 2004 Thin Solid Films 453 537

    [9]

    Bolle M, Lazare S 1993 Appl. Surf. Sci. 69 31

    [10]

    Lowndes D H, Fowlkes J D, Pedraza A J 2000 Appl. Surf. Sci. 154 647

    [11]

    Wang R, Yang J J, Liang C Y, Wang H S, Han W, Yang Y 2009 Acta Phys. Sin.58 5429(in Chinese) [王 锐、杨建军、梁春永、王洪水、韩 伟、杨 阳 2009 物理学报 58 5429]

    [12]

    Yang Y, Wang C, Yang R D, Li L, Xiong F, Bao J M 2009 Chin. Phys. B 18 4906

    [13]

    Hu H F, Wang X L, Li Z L, Zhang N, Cui H C 2009 Acta Phys. Sin.58 7662 [胡浩丰、王晓雷、李智磊、张 楠、翟宏琛 2009 物理学报 58 7662]

    [14]

    Yang L, Wang Q Y 2009 Chin. Phys. B 18 4292

    [15]

    Ran L L, Qu S L, Guo Z Y 2010 Chin. Phys. B 19 034204

    [16]

    Younkin R, Carey J E, Mazur E, Levinson J A, Friend C M 2003 J. Appl. Phys. 93 2626

    [17]

    Crouch C H, Carey J E, Shen M, Mazur E, Genin F Y 2004 Appl. Phys. A 79 1635

    [18]

    Huang Z H, Carey J E, Liu M G, Guo X Y, Mazur E, Campbellet J C 2006 Appl. Phys. Lett. 89 033506

    [19]

    Halbwax M, Sarnet T, Delaporte P H, Sentis M, Etienne H, Torregrosa F, Vervisch V, Perichaud I, Martinuzzi S 2008 Thin Solid Films 516 6791

    [20]

    Xiong P X, Jia X, Jia T Q, Deng L, Feng D H, Sun Z R, Xu Z Z 2010 Acta Phys. Sin. 59 311(in Chinese)[熊平新、贾 鑫、贾天卿、邓 莉、冯东海、孙真荣、徐至展 2010 物理学报 59 311]

    [21]

    Yuan C H, Li X H, Tang D C, Yang H D 2010 High Power Laser and Particle Beams 22 2(in Chinese)[袁春华、李晓红、唐多昌、杨宏道 2010 强激光与粒子束 22 2]

    [22]

    Sun C W 2002 Effect of Laser Irradiating ( Beijing:National Defense Industry Press) pp202-204(in Chinese)[孙承纬 2002 激光辐照效应(北京:国防工业出版社)第202—204页]

    [23]

    Yuan C H, Li X H, Tang D C, Yang H D, Li G Q 2010 Acta Phys. Sin. 59 7015(in Chinese) [袁春华、李晓红、唐多昌、杨宏道、李国强 2010 物理学报 59 7015]

    [24]

    Dabby F W, Peak U C 1972 IEEE Journal of Quantum Electronics QE-8 106

    [25]

    Shen M Y, Crouch C H, Carey J E, Younkin R, Mazur E, Sheehy M, Friend C M 2003 Appl. Phys. Lett. 82 1715

    [26]

    Gagliano F P, Paek U C 1974 Appl. Opt. 13 274

    [27]

    Valentin C, Doina C 1999 Appl. Surf. Sci. 138 218

  • [1] 黄坤, 王腾飞, 姚激. 单层MoS2的热弹耦合非线性板模型. 物理学报, 2021, 70(13): 136201. doi: 10.7498/aps.70.20210160
    [2] 刘家合, 鲁佳哲, 雷俊杰, 高勋, 林景全. 气体压强对纳秒激光诱导空气等离子体特性的影响. 物理学报, 2020, 69(5): 057401. doi: 10.7498/aps.69.20191540
    [3] 戴宇佳, 宋晓伟, 高勋, 王兴生, 林景全. 纳秒激光诱导空气等离子体射频辐射特性研究. 物理学报, 2017, 66(18): 185201. doi: 10.7498/aps.66.185201
    [4] 董刚, 刘荡, 石涛, 杨银堂. 多个硅通孔引起的热应力对迁移率和阻止区的影响. 物理学报, 2015, 64(17): 176601. doi: 10.7498/aps.64.176601
    [5] 张海龙, 刘丰珍, 朱美芳. 化学气相沉积中影蔽效应对硅薄膜表面形貌和微结构的影响. 物理学报, 2014, 63(17): 177303. doi: 10.7498/aps.63.177303
    [6] 盛亮, 李阳, 吴坚, 袁媛, 赵吉祯, 张美, 彭博栋, 黑东炜. 双绞铝丝纳秒电爆炸实验研究. 物理学报, 2014, 63(20): 205203. doi: 10.7498/aps.63.205203
    [7] 魏智, 金光勇, 彭博, 张喜和, 谭勇. 毫秒脉冲激光辐照硅基PIN的温度场应力场数值分析. 物理学报, 2014, 63(19): 194205. doi: 10.7498/aps.63.194205
    [8] 包凌东, 韩敬华, 段涛, 孙年春, 高翔, 冯国英, 杨李茗, 牛瑞华, 刘全喜. 纳秒紫外重复脉冲激光烧蚀单晶硅的热力学过程研究. 物理学报, 2012, 61(19): 197901. doi: 10.7498/aps.61.197901
    [9] 李保家, 周明, 张伟. 贴膜条件下飞秒激光诱导硅基表面锥状微结构. 物理学报, 2012, 61(23): 237901. doi: 10.7498/aps.61.237901
    [10] 韩敬华, 冯国英, 杨李茗, 张秋慧, 傅玉青, 牛瑞华, 朱启华, 谢旭东, 周寿桓. 高重复频率激光脉冲光束大小对吸收玻璃损伤特征的影响. 物理学报, 2011, 60(2): 028106. doi: 10.7498/aps.60.028106
    [11] 岑兆丰, 李晓彤. 热应力双折射介质中的光传输研究. 物理学报, 2010, 59(8): 5784-5790. doi: 10.7498/aps.59.5784
    [12] 袁春华, 李晓红, 唐多昌, 杨宏道, 李国强. Nd:YAG纳秒激光诱导硅表面微结构的演化. 物理学报, 2010, 59(10): 7015-7019. doi: 10.7498/aps.59.7015
    [13] 张娜珍, 仓怀文, 王卫国, 苗书一, 金峰, 吴庆浩, 花磊, 李海洋. 乙醚团簇在纳秒激光场中的多价电离及其电子能量分布的研究. 物理学报, 2009, 58(7): 4556-4562. doi: 10.7498/aps.58.4556
    [14] 韩奇钢, 贾晓鹏, 马红安, 李瑞, 张聪, 李战厂, 田宇. 基于三维有限元法模拟分析六面顶顶锤的热应力. 物理学报, 2009, 58(7): 4812-4816. doi: 10.7498/aps.58.4812
    [15] 陈为兰, 顾培夫, 王 颖, 章岳光, 刘 旭. 红外薄膜中热应力的研究. 物理学报, 2008, 57(7): 4316-4321. doi: 10.7498/aps.57.4316
    [16] 罗晓琳, 孔祥蕾, 牛冬梅, 渠洪波, 李海洋. 团簇增强的纳秒激光电离产生Xez+(z≤20)高价离子. 物理学报, 2005, 54(2): 606-611. doi: 10.7498/aps.54.606
    [17] 孔祥蕾, 罗晓琳, 牛冬梅, 张先燚, 阚瑞峰, 李海洋. 纳秒强激光场中甲醇光电离产生高价离子的研究. 物理学报, 2004, 53(5): 1340-1345. doi: 10.7498/aps.53.1340
    [18] 黄靖云, 叶志镇, 阙端麟. Si1-xGex/Si异质结构中热应力对临界厚度的影响. 物理学报, 1997, 46(10): 2010-2014. doi: 10.7498/aps.46.2010
    [19] 顾绍庭, 张国轩, 黄国松. 玻璃板条激光器的热应力. 物理学报, 1991, 40(3): 399-406. doi: 10.7498/aps.40.399
    [20] 周烽, 张国轩, 黄国松, 王之江. 圆筒激光器热应力分析. 物理学报, 1989, 38(2): 247-255. doi: 10.7498/aps.38.247
计量
  • 文章访问数:  7745
  • PDF下载量:  847
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2010-03-17
  • 修回日期:  2010-05-07
  • 刊出日期:  2011-01-05

/

返回文章
返回