光子学报, 2008, 37 (1): 6, 网络出版: 2008-07-08
亚皮秒脉冲激光辐照硅薄膜热效应的模拟研究
Simulation Study of Thermal Results of Si Film Irradiated by Sub-picosecond Pulses Laser
摘要
基于Boltzmann方程,采用了Chen J K等人建立的自相关模型,考虑了Si薄膜的热容、热导率、弛豫时间等热力学参量随温度非线性变化的影响.采用有限差分法,数值求解了脉宽为500 fs的激光脉冲辐照2 μm厚硅膜的自相关模型分析了膜表面载流子浓度、载流子温度、晶格温度等随入射激光功率和脉宽等的变化规律.结果表明:在脉冲辐照初期(t<0.68 ps),载流子和晶格之间存在着明显的非热平衡性,之后通过相互之间的弛豫碰撞,逐渐达到热平衡,载流子热容是引起载流子温度在早期迅速上升的原因;载流子温度速率方程中单光子吸收、载流子-晶格能量交换和载流子能流变化率对载流子温升影响较大,而多光子吸收、双极能流和带隙能量变化率对载流子温升的影响较小,可以忽略;较高脉冲激光能量(φ>0.02 J·cm-2)辐照Si膜,会引起载流子密度方程中的俄歇复合项增大,从而使载流子密度下降率增大,导致载流子温度出现双峰.
Abstract
石颖, 郑楠, 梁田, 徐攀, 丁征, 齐文宗. 亚皮秒脉冲激光辐照硅薄膜热效应的模拟研究[J]. 光子学报, 2008, 37(1): 6. 石颖, 郑楠, 梁田, 徐攀, 丁征, 齐文宗. Simulation Study of Thermal Results of Si Film Irradiated by Sub-picosecond Pulses Laser[J]. ACTA PHOTONICA SINICA, 2008, 37(1): 6.