激光與半導(dǎo)體材料相互作用的熱效應(yīng)分析.pdf

1、激光與半導(dǎo)體材料相互作用的熱效應(yīng)是激光束入射于半導(dǎo)體材料后發(fā)生的主要物理現(xiàn)象之一。激光加熱使半導(dǎo)體材料升溫，發(fā)生熱擴(kuò)散、熱膨脹和熱應(yīng)變，并可能使半導(dǎo)體材料發(fā)生燒蝕。如果輻照半導(dǎo)體材料的激光能量足夠強(qiáng)，材料表面層局部區(qū)域會發(fā)生熔融和氣化，導(dǎo)致半導(dǎo)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(dǎo)體材料的熱效應(yīng)是激光加工、熱處理等技術(shù)和激光熱破壞的物理基礎(chǔ)。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(shè)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(jié)果也是近似的。數(shù)值分析具有非常好的靈活性和處理復(fù)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(jié)果。本文對超短脈沖激光和長脈沖激光輻照下半導(dǎo)體材料及其器件的燒蝕過程進(jìn)行了研究。主要內(nèi)容包括： 1、從熱傳導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)體材料厚度對半導(dǎo)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(jìn)行數(shù)值求解，給出了超短脈沖燒蝕半導(dǎo)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(jié)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(dǎo)體表面溫升的影響，發(fā)現(xiàn)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(xué)模