非晶态相变薄膜材料的超快激光感应相变与载流子弛豫动力学研究

摘要

从二十世纪中期“相变光存储”这一概念提出以来，相变材料及其性能研究就一直受到广泛关注。相变材料具有容易实现非晶态与晶态之间的可逆相转变特性，相变存储器正是利用非晶态与晶态具有明显不同的光学或电学性质来实现数字信息的写入、读出或擦除操作。存储器的发展就是不断地提高存储密度和数据传输率。为了更广泛地应用于将来的通讯网络、数字广播和数字视频等领域，相变光存储同样面临着需要进一步提高存储密度和数据传输率的挑战。近年来，随着激光技术的发展，有关飞秒激光感应薄膜相交的研究已经吸引了很多人的兴趣。产生这种兴趣的原因是可以探求飞秒激光感应的超快光开关和相变微观机理的本质。飞秒激光感应的薄膜相变主要集中在Ⅳ族半导体，如硅，锗及二元或三元半导体GeSb、InSb和Ge—Sb—Te等。由于相变过程中，非晶化（晶态—非晶态）速率较快，而晶化（非晶态—晶态）速率相对较慢，因此期待弄清此过程的微观机理，发展加速晶化过程的方法，从而实现快速相变存储。目前对晶化开关机理的认识仍存在争议：热效应或电子效应。因此研究飞秒激光脉冲作用下的非晶态相交薄膜中的载流子动力学特性是非常必要的。 本文采用飞秒时间分辨泵浦-探测反射或透射光谱技术研究了室温下非晶态Ge2Sb2Te5、Sb和SiSb薄膜中载流子动力学过程及其能量密度依赖特性。利用高密度等离子体的Auger复合及其感应的晶格加热模型定量地解释了非晶态Ge2Sb2Te5薄膜反射率的快速变化过程；同时利用缺陷态模型合理地、半定量地解释了非晶态Sb和SiSb薄膜透射率或反射率的变化过程；最后初步研究了皮秒激光单脉冲作用下非晶态Ge2Sb2Te5、Sb和SiSb薄膜的相变动力学过程。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章非晶态半导体材料的研究背景及意义

1.1 非晶态半导体材料的研究背景和应用

1.2非晶态半导体材料的制备方法

1.2.1液相冷凝法

1.2.2真空蒸发法

1.2.3化学汽相沉积(CVD)法

1.2.4辉光放电(GD)法

1.2.5溅射法

1.3相变存储技术的发展中存在的问题

1.3.1相变存储器的存储密度和传输速率与激光脉宽和重复率的关系

1.3.2超快激光脉冲作用下介电层对薄膜相变特性的影响

1.3.3晶化过程的物理机理

1.4本论文的主要成果和结构安排

参考文献

第二章非晶态Ge2Sb2Te5薄膜中超快载流子动力学特性研究

2.1 引言

2.2激光与物质相互作用的超快动力学过程

2.2.1载流子激发机理

2.2.2载流子散射和再分布

2.2.3载流子-载流子散射

2.2.4载流子-声子散射

2.2.5载流子-晶格热化过程

2.2.6载流子复合

2.2.7载流子扩散

2.2.8结构效应

2.3非晶态Ge2Sb2Te5薄膜的能量依赖反射光谱研究

2.3.1实验方法

2.3.2实验内容

2.3.3实验结果和讨论

2.4本章小节

参考文献

第三章 非晶态SiSb和Sb薄膜中超快载流子动力学特性研究

3.1 引言

3.2非晶态半导体材料中缺陷态的一般特点

3.3非晶态SiSb薄膜的能量依赖反射光谱研究

3.3.1实验条件及光路

3.3.2实验内容

3.3.3实验结果和讨论

3.4非晶态Sb薄膜的能量依赖透射光谱研究

3.4.1实验内容

3.4.2实验结果和讨论

3.5本章小节

参考文献

第四章非晶态Ge2Sb2Te5、Sb和SiSb薄膜相变特性的初步研究

4.1 引言

4.2相变随机存储器(PCRAM)材料的研究现状

4.3 非晶态Ge2Sb2Te5、Sb和SiSb薄膜相变的初步研究

4.3.1样品制备及实验光路

4.3.2非晶态Ge2Sb2Te5薄膜相变的初步研究

4.3.3非晶态Sb薄膜相变的初步研究

4.3.4非晶态SiSb薄膜相变的初步研究

4.4本章小节

参考文献

总 结

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致 谢