N_2レーザパルスによるポーラスシリコン薄膜のレーザアブレーション機構の解明

N_2激光脉冲激光烧蚀多孔硅薄膜机理的阐明

• 批准号: 05855004
• 负责人: 橋本 明弘
• 金额: $ 0.51万
• 依托单位: University of Fukui
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 1993
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1993 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-05855004/
• 关键词: ポーラスシリコン; レーザアブレーション現象; N_2レーザパルス; シリコン微粒子; 輝度劣化現象; 発光スペクトル; レッドシフト; ブルーシフト

試作した真空チャンバ中において、窒素雰囲気中、真空中、大気中の各条件の下でポーラスシリコンをターゲットとし、レンズにより集光したN_2レーザパルス照射によりアブレーションさせ、その発光特性を比較検討した。その結果、アブレーション時にターゲットとして用いたポーラスシリコンから発光物質が飛び出し、その発光スペクトルが粒径約20〜30オングストロームのシリコン微粒子からの発光に相当することが明らかになるとともに、アブレーションにより対向基板上に発光薄膜を堆積でき、その薄膜の光学特性がターゲットとして用いたポーラスシリコンの表面処理に大きく依存することを見いだした。即ち、陽極化成直後のポーラスシリコンをターゲットとした場合には、堆積した薄膜の発光効率の時間変化がほぼ一定となり、ターゲットとして用いたポーラスシリコンの発光効率の時間変化と大きく異なること、またそのとき、低密度励起時における輝度劣化現象に伴うレッドシフトと同程度のピークシフトを発光スペクトルが示すことが明らかとなった。さらに、光照射純水放置処理によりポーラスシリコン表面を酸化させたサンプルをターゲットトシテ用いた場合にも発光効率の時間的変化がほぼ一定となるが、発光スペクトルのピークはブルーシフトすることが明らかになった。さらに、窒素雰囲気中、あるいは、真空中において輝度劣化割合が大きく減少することを見いだした。これらの結果よりアブレーション時においては励起光密度が比較的低いため、通常のレーザアブレーション現象のように表面融解などは起こっていないが、大気中におけるアブレーション時にはスペクトルのレッドシフトと輝度の安定化をもたらす何らかの酸化反応が誘起されているものと考えられる。さらに、その酸化反応は、通常、ピーク波長のブルーシフトをもたらす自然酸化膜などの形成過程とは異なるものであることが分かった。

在原型真空室中，在氮气气氛、真空和空气条件下，通过透镜聚焦的N_2激光脉冲照射烧蚀多孔硅靶，并对其发射特性进行了比较和研究。结果表明，在烧蚀过程中从用作靶的多孔硅中发射出发光物质，并且其发射光谱与粒径约为20至30埃的硅细颗粒的发射相对应。沉积发光薄膜，发现薄膜的光学性能高度依赖于用作靶材的多孔硅的表面处理。换句话说，当使用阳极氧化后的多孔硅作为靶材时，沉积的薄膜的发光效率的时间变化几乎恒定，这与用作靶材的多孔硅的发光效率的时间变化显着不同。目标，并且当时发现发射光谱显示出与低密度激发期间的亮度劣化现象相关的红移相当的峰移。此外，当使用通过纯水的光照射而使多孔硅表面氧化的样品作为靶时，发光效率的时间变化几乎恒定，但发现发光光谱的峰值发生蓝移。 。此外，已经发现在氮气气氛或真空中亮度劣化率大大降低。这些结果表明，在烧蚀过程中，激发光密度相对较低，因此不会像正常激光烧蚀现象那样发生表面熔化，但大气中的烧蚀会导致光谱红移和亮度稳定。引发了一种氧化反应。此外，还发现氧化反应与自然氧化膜的形成过程不同，自然氧化膜通常会导致峰值波长发生蓝移。