超短脉冲激光辐照硅膜升温效应的模拟研究

摘要

考虑到载流子和晶格的热容、热导率、弛豫时间等热力学参数随温度非线性变化因素的影响,利用有限差分算法,数值求解了半导体材料自相关热传导模型,讨论了2 μm厚硅膜在波长和脉宽分别为775 nm和500 fs的脉冲激光辐照下的升温规律.数值结果表明:硅膜前表面载流子温度在激光辐照过程的0.69 ps时刻达到最大值,在4.8 ps时刻以后硅膜基本趋于总体热平衡;载流子热容的快速变化以及单光子吸收和由载流子浓度变化而引起的载流子能流变化是导致载流子温度变化的主要原因;超短脉冲激光辐照时,激光作用时间短,各扩散项及传导项不起主要作用,因此硅膜内各主要计算参数与硅膜的厚度及基体材料类型等的关系不大.