激光與半導體材料相互作用的熱效應分析.pdf

1、激光與半導體材料相互作用的熱效應是激光束入射于半導體材料后發(fā)生的主要物理現象之一。激光加熱使半導體材料升溫，發(fā)生熱擴散、熱膨脹和熱應變，并可能使半導體材料發(fā)生燒蝕。如果輻照半導體材料的激光能量足夠強，材料表面層局部區(qū)域會發(fā)生熔融和氣化，導致半導體材料將可能改變或者失去原有功能。所以研究激光輻照半導體材料的熱效應是激光加工、熱處理等技術和激光熱破壞的物理基礎。對于一些典型的激光加熱問題，可建立起激光作用固體材料的熱源模型，并在一定的假設和

2、邊界條件下得到溫度場分布情況。解析解只適合于較簡單的情況，結果也是近似的。數值分析具有非常好的靈活性和處理復雜問題的能力，對燒蝕過程的物理模型合理，往往可以得到較好的結果。本文對超短脈沖激光和長脈沖激光輻照下半導體材料及其器件的燒蝕過程進行了研究。主要內容包括： 1、從熱傳導方程出發(fā)，采用隱式差分法，研究了長脈沖激光輻照幾種典型的半導體材料的空間—時間溫度場分布，分析了入射激光功率密度、激光脈沖寬度、半導體材料厚度對半導體材料的

3、溫升的影響。 2、從雙溫模型出發(fā)，用有限差分法對雙溫方程進行數值求解，給出了超短脈沖燒蝕半導體的溫度場空間分布，研究了超短激光的破壞閾值，分析了不同激光脈沖寬度對破壞閾值的影響。結果表明載流子與晶格的溫度耦合時間和金屬耦合時間大致相同，并分析了不同激光脈寬，不同激光功率密度對半導體表面溫升的影響，發(fā)現激光功率密度是影響載流子溫升的主要因素。 3、從雙溫方程和載流子濃度變化的速率方程出發(fā)，采用有限差分法對載流子輸運動力學模