单脉冲纳秒激光诱导硅表面微结构

单脉冲纳秒激光诱导硅表面微结构

谢长鑫;李晓红;朱敏;杨永佳;邱荣

【期刊名称】《强激光与粒子束》 【年(卷),期】2014(026)011

【摘要】利用Nd∶YAG纳秒脉冲激光(波长532 nm)在空气中对单晶硅表面进行单脉冲辐照,研究了激光能量密度和光斑面积变化对微结构的影响.通过场发射扫描电子显微镜和原子力显微镜(AFM)对样品表征,并对纳秒激光辐照硅的热力学过程进行分析.结果显示:当脉冲激光的能量密度接近硅的熔融阈值且光斑直径小于8μm时,形成尖峰微结构;随着能量密度或光斑面积增大,尖峰结构消失,形成边缘隆起和弹坑微结构.通过流体动力学模型得到微结构形貌的解析解,模拟得到的微结构形貌与实验测得的AFM数据一致.研究表明微结构的形成主要是由于表面张力引起的熔融硅流动.表面张力与表面温度和表面活性剂的质量浓度有关.温度梯度引起的热毛细流作用和表面活性剂浓度引起的毛细作用共同影响下形成尖峰、边缘隆起和弹坑微结构. 【总页数】7页(203-209)

【关键词】纳秒激光;单晶硅;微结构;表面张力 【作者】谢长鑫;李晓红;朱敏;杨永佳;邱荣

【作者单位】西南科技大学-中国工程物理研究院激光聚变研究中心 极端条件物质特性联合实验室,四川绵阳621010;西南科技大学-中国工程物理研究院激光聚变研究中心 极端条件物质特性联合实验室,四川绵阳621010;西南科技大学-中国工程物理研究院激光聚变研究中心 极端条件物质特性联合实验室,四川绵阳621010;西南科技大学-中国工程物理研究院激光聚变研究中心 极端条件物