銀薄膜的超快熱化動力學(xué)研究.pdf

1、利用飛秒瞬態(tài)熱反射(FTTR)技術(shù),可以分辨并探測微觀熱載流子間的相互作用,進而研究受激材料內(nèi)部的非平衡熱現(xiàn)象和微觀能量輸運過程。隨著各種器件逐漸向高速化和微型化發(fā)展,探測厚度為納米級的金屬薄膜內(nèi)部動力學(xué)行為對器件的優(yōu)化設(shè)計具有重要的意義。本文利用飛秒激光泵浦.探測熱反射實驗裝置,對Ag薄膜中的熱輸運過程進行了實驗研究。
　　 采用磁控濺射技術(shù)制備了不同參數(shù)的Ag薄膜及復(fù)合薄膜,并對部分樣品進行了退火處理。使用X射線衍射儀(XR

2、D)、掃描電子顯微鏡(SEM)和原子力顯微鏡(AFM)對樣品的成分、晶體結(jié)構(gòu)和表面形貌進行了表征,發(fā)現(xiàn)隨著薄膜厚度的增加,薄膜的晶粒尺寸逐漸增大,退火后薄膜團聚成顆粒狀。
　　 超短脈沖激光加熱金屬時,金屬內(nèi)部會產(chǎn)生復(fù)雜的溫度分布。當(dāng)加熱時間和電子-聲子間相互作用時間相當(dāng)時,電子溫度會高于晶格溫度,從而產(chǎn)生非平衡熱輸運過程。本文利用雙溫模型(TTM)在不同的參數(shù)條件下對Ag薄膜內(nèi)部的電子-聲子動力學(xué)過程進行了數(shù)值模擬。研究發(fā)現(xiàn),

3、飛秒激光作用于Ag薄膜時,在100fs時間內(nèi)電子系統(tǒng)溫度上升到極值,隨后通過電子-聲子間相互作用將能量傳遞給晶格系統(tǒng),幾個皮秒后二者到達熱平衡狀態(tài)。電子溫度與晶格溫度在薄膜內(nèi)存在溫度梯度；隨著激光功率的增大,薄膜表層區(qū)域電子到達的峰值溫度升高,電子和晶格間的非平衡作用時間增加；電子的彈道運動使得吸收的熱量向薄膜更深處傳遞,從而降低了薄膜表面區(qū)域的溫度,而彈道運動對金屬薄膜超快動力學(xué)的影響程度由彈道運動范圍決定。
　　 利用飛秒激

4、光泵浦-探測熱反射實驗系統(tǒng),在不同的參數(shù)條件下對Ag薄膜及其復(fù)合薄膜中的熱輸運過程進行了實驗研究。結(jié)果表明,在光穿透深度和彈道運動范圍共同影響下,隨著薄膜厚度的增大,樣品反射率變化(ΔR／R)曲線到達的極值逐漸降低,恢復(fù)到平衡時的值也降低；薄膜厚度在光穿透深度范圍內(nèi)時,襯底對樣品反射率影響顯著；Ag／Cr／Ag和Ag／Cr復(fù)合薄膜中Cr層起散熱層的作用,使得薄膜表層的熱量從Ag薄膜電子系統(tǒng)中轉(zhuǎn)移到Cr層晶格系統(tǒng)；退火處理、泵浦光功率大小