紫外激光改性氧化钒薄膜

氧化钒薄膜制备后需要进行退火处理以降低非晶态氧化钒薄膜的方阻大小并改善薄膜结晶特性。传统退火方式时间较长且退火过程会导致器件性能降低。本文主要利用激光精确控制的特点处理氧化钒薄膜,通过平顶光路系统改变激光功率、高斯光斑形貌以及光斑的重叠率对氧化钒薄膜进行退火处理,主要研究了激光能量密度以及光斑重叠率对氧化钒薄膜的方阻,表面粗糙度以及结晶度的影响。实验结果表明激光功率为0.7 W,光斑重叠率为93.33%,光斑能量密度为62.2 mJ/cm2时,退火氧化钒薄膜的方阻值明显降低,薄膜表面光滑且氧化钒结晶度较好。     

利用金属键合和激光剥离技术制备GaN/metal /Si异质结构的研究

利用金属键合和激光剥离将生长在蓝宝石衬底上的GaN薄膜转移到Si衬底上。键合后采用波长为248nm的准分子脉冲激光辐照蓝宝石衬底,低温处理去除蓝宝石衬底。系统地研究不同键合温度和激光能量密度对GaN结构和光学特性的影响。AFM、XRD和PL测试表明：键合温度和激光剥离的能量密度较低,转移衬底后GaN的质量较好;激光剥离的阈值能量密度为300mJ/cm2;键合温度400℃的样品均方根粗糙度（RMS）约为50nm。     

GaN基外延膜的激光剥离和InGaNLD外延膜的解理

利用波长为248nm的KrF准分子激光器进行了蓝宝石衬底GaN外延层剥离。对极薄的MOCVD生长的单层GaN外延膜(3μm)和InGaNLD外延膜(5μm)实现了大面积剥离。对剥离蓝宝石衬底背面抛光和未抛光外延片的不同特点作了比较,激光剥离所需的能量密度阈值分别约为200mJ/cm2和300mJ/cm2,优化结果表明,能量密度分别在400mJ/cm2和600mJ/cm2可实现稳定的剥离。同时对剥离后的InGaN多量子阱LD结构薄膜进行了解理,SEM观察显示获得的InGaNLD腔面平整光滑。基于这种技术可以获得无蓝宝石衬底的GaN基光电子和电子器件。     

固体纳秒激光器应用于非晶硅薄膜结晶的研究

多晶硅薄膜比非晶硅薄膜具有更高的电子迁移率,在器件中表现出更优良的性能,脉冲激光结晶非晶硅薄膜制备多晶硅薄膜的方法具有热积存小、对衬底影响小、成本低等优点。使用532 nm固体纳秒激光器进行了非晶硅薄膜激光结晶实验,为了解决直接使用高斯光束结晶时因光斑能量分布带来的结晶效果不均匀,首先基于光束整型系统将圆形的高斯光束整型成为线性平顶光束,而后研究单脉冲能量密度、脉冲个数、非晶硅薄膜厚度对结晶效果的影响。结果表明,线性平顶光束用于非晶硅薄膜结晶具有更好的均匀性,对于100 nm非晶硅薄膜,随着能量密度的增加,晶粒逐渐变大,直到表面出现热损伤,最大晶粒尺寸约为1 μm×500 nm。随着脉冲个数的增加,表面粗糙度有减小的趋势,观察到的最小粗糙度约为2.38 nm。对于20 nm超薄非晶硅薄膜,只有当能量密度位于134 mJ/cm2和167 mJ/cm2之间、脉冲个数大于或等于八个时才能观察到明显的结晶效果。     

本征非晶硅薄膜的准分子激光晶化

为了减低非晶硅薄膜太阳能电池的光致衰减效应和提高其光电转换效率,用等离子体化学气相沉积系统制备了本征非晶硅薄膜,用波长为248nm的KrF准分子激光器激光晶化了非晶硅表层,用共焦显微喇曼测试技术研究了非晶硅薄膜在不同的激光能量密度和不同的频率下的晶化状态,并用扫描电子显微镜测试晶化前后薄膜的形貌。结果表明,随着激光能量密度的增大,薄膜晶化效果越来越好,能量密度达到268.54mJ/cm2时晶化效果最好,此时结晶比约为76.34%;最佳的激光能量密度范围是204.99mJ/cm2~268.54mJ/cm2,这时薄膜表面晶化良好;在1Hz~10Hz范围内,激光频率越大晶化效果越好;晶化后薄膜明显出现微晶和多晶颗粒,从而达到了良好的晶化效果。     

激光剥离技术实现GaN薄膜从蓝宝石衬底移至Cu衬底

在GaN薄膜表面电镀厚100μm的、均匀的金属铜作为转移衬底.采用激光剥离技术,在400mJ/cm2脉冲激光能量密度条件下,成功地将GaN薄膜从蓝宝石衬底转移至Cu衬底.激光剥离后Cu衬底上GaN薄膜的扫描电子显微镜(SEM)测试结果表明,电镀Cu衬底与GaN之间形成致密的结合,对GaN薄膜起到了很好的支撑作用.同时铜的延展性好,使得GaN薄膜内产生的应力得到有效释放,保持了剥离后GaN薄膜的完整性.激光剥离后GaN表面残留物的X射线光电子能谱(XPS)分析显示,激光辐照产生的金属Ga部分与空气中的氧结合形成Ga2O3,这是剥离后GaN表面后处理困难的原因,并给出了相应的解决方法.     

非晶硅薄膜的准分子激光晶化研究

利用Kr准分子激光器晶化非晶硅薄膜, 研究了不同的激光能量密度和脉冲次数对非晶硅薄膜晶化效果的影响.利用X 射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对晶化前后的样品的物相结构和表面形貌进行了表征和分析.实验结果表明, 在激光频率为1 Hz 的条件下, 能量密度约为180 mJ/cm2时,准分子激光退火处理实现了薄膜由非晶结构向多晶结构的转变;当大于晶化阈值180 mJ/cm2小于能量密度230 mJ/cm2时, 随着激光能量密度增大, 薄膜晶化效果越来越好;激光能量密度为230 mJ/cm2时, 晶化效果最好、晶粒尺寸最大, 约60 nm, 并且此时薄膜沿Si(111)面择优生长;脉冲次数50 次以后对晶化的影响不大.     

纳秒光纤激光诱导等离子体沉积铜的研究

为了实现玻璃表面的金属化，运用激光诱导等离子体沉积技术，选用廉价易维护且波长为1064nm的红外纳秒光纤激光和T2铜靶材，在透明材料普通硅酸盐玻璃表面直接沉积出了金属铜，并对其进行了光学显微镜和扫描电镜表征。结果表明，在一定的激光能量密度范围内（沉积阈值能量密度12.50J/cm2~激光器所能达到的最大能量密度27.13J/cm2），随着激光能量密度的增加，沉积在玻璃表面的铜颗粒数量增加；而在激光能量密度一定（27.13J/cm2）的条件下，若保持激光光斑的横向和纵向搭接率一致，当光斑搭接率不小于50%时，由于玻璃对激光的强烈吸收，导致铜沉积失败；当光斑搭接率在-20%~50%变化时，沉积在玻璃表面的铜颗粒数量呈现先增加后减小的变化趋势。激光诱导等离子体沉积技术是一种可实现透明衬底材料表面金属化的便捷技术。     

飞秒激光加工对熔覆层侧壁粗糙度的影响

针对熔覆成型件表面粗糙的难题,提出了在成形过程中对熔覆层侧壁进行飞秒激光精密加工的方法,重点研究了精密加工过程中飞秒激光的能量密度、能量分布、光斑重叠率对熔覆层侧壁粗糙度的影响规律,结果表明:当焦平面处飞秒激光的能量为高斯分布,加工得到的熔覆层侧壁表面粗糙度Ra 3 m时,激光能量密度介于0.12~0.34 J/cm2之间;当能量为平顶分布并且加工后熔覆层侧壁表面粗糙度Ra 3 m时,最佳能量密度范围为0.13~0.66 J/cm2;同等参数条件下,平顶能量分布激光加工得到覆层侧壁粗糙度小于能量高斯分布时的粗糙度数值。熔覆层侧壁粗糙度随光斑重叠率的增加先减小后增大,实验获得的最佳重叠率范围为78%~85%。     

脉冲激光沉积制备Ge纳米薄膜的研究

利用脉冲激光沉积(PLD)技术,在Ar环境下于Si基片上制备出Ge纳米薄膜.用X射线衍射(XRD)仪和原子力显微镜(AFM)观测了薄膜的微观结构和形貌,分析了它们随激光能量密度和衬底温度的变化情况.结果表明:Ge薄膜在室温下即可以结晶,其平均品粒尺寸随脉冲激光能量密度的增大而增大.当脉冲激光能量密度为0.94 J/cm2时,所制备的薄膜由约13 nm的颗粒组成;当脉冲激光能量密度增大为1.31 J/cm2时,颗粒的平均尺寸增大为56 nm,凡薄膜表面变得比较均匀.此外,当衬底温度从室温升到450℃过程中,晶粒平均尺寸随温度升高而增大.在实验基础上,对薄膜的生长机理进行了分析.     

GaN/metal/Si heterostructure fabricated by metal bonding and laser lift-off

A process methodology has been adopted to transfer GaN thin films grown on sapphire substrates to Si substrates using metal bonding and laser lift-off techniques. After bonding, a single KrF (248 nm) excimer laser pulse was directed through the transparent sapphire substrates followed by low-temperature heat treatment to remove the substrates. The influence of bonding temperature and energy density of the excimer laser on the structure and optical properties of GaN films were investigated systemically. Atomic force microscopy, X-ray diffraction and photolumi-nescence measurements showed that (1) the quality of the GaN film was higher at a lower bonding temperature and lower energy density; (2) the threshold of the energy density of the excimer laser lift-off GaN was 300 mJ/cm~2. The root-mean-square roughness of the transferred GaN surface was about 50 nm at a bonding temperature of 400 ℃.     

激光剥离技术中GaN材料温度场的研究

对使用脉冲激光实现GaN/Sapphire剥离技术,建立了激光剥离过程中GaN外延层一维热传导理论模型。计算分析了单脉冲辐照时,激光剥离过程中GaN外延层内的温度场分布。得到实现激光剥离阈值能量密度为400mJ/cm2,脉冲频率上限约为1400Hz,阈值条件下剥离过程中高温区分布限制在100nm以内。从而证明GaN基发光二极管(LED)外延结构无损伤激光剥离的可行性,并且为激光剥离技术参数的选取提供了理论依据。     

用于白癜风治疗的308nm XeCl准分子激光系统

研制了一台用于白癜风治疗的308nm XeCl准分子激光系统。根据准分子激光器脉冲式放电的特点,设计了推挽式脉冲开关电源。实验研究了激光器脉冲重复频率、工作电压、气体寿命对激光输出能量的影响,并检测了激光输出脉冲能量的稳定性。通过自动反馈控制系统调整激光头放电工作电压实现输出激光能量的稳定。激光采用扩展型紫外液芯光纤传导,得到均匀性良好的治疗光斑,液芯光纤对308nm激光的传输效率约为70%。激光器脉冲重复频率1～200Hz,工作电压18～25kV,输出能量不稳定度小于4%。经光纤输出用于治疗的有效光斑直径22mm,脉冲能量密度2～3mJ/cm2。     

Blue-Violet Lasing of Optically Pumped GaN-Based Vertical Cavity Surface-Emitting Laser With Dielectric Distributed Bragg Reflectors

Optically pumped GaN-based vertical cavity surface-emitting laser (VCSEL) with two Ta$_{2}$O$_{5}$/SiO$_{2}$ dielectric distributed Bragg reflectors (DBRs) was fabricated via a simplified procedure: direct deposition of the top DBR onto the GaN surface exposed after substrate removal and no use of etching and polishing processes. Blue-violet lasing action was observed at a wavelength of 397.3 nm under optical pumping at room temperature with a threshold pumping energy density of about 71.5 mJ/cm$^{2}$. The laser action was further confirmed by a narrow emission linewidth of 0.13 nm and a degree of polarization of about 65%. The result suggests that practical blue-violet GaN-bsaed VCSEL can be realized by optimizing the laser lift-off technique for substrate removal.      

连续氩氪离子激光晶化非晶硅薄膜的研究

为了研究连续激光晶化非晶硅薄膜中激光功率密度对晶化效果的影响,利用磁控溅射法制备非晶硅薄膜,采用连续氩氪混合离子激光器对薄膜进行退火晶化,用显微喇曼光谱测试技术和场发射扫描电子显微镜研究了薄膜在5ms固定时间下不同激光功率密度对晶化效果的影响,并对比了普通玻璃片和石英玻璃两种衬底上薄膜晶化过程的差异。结果表明,在一定激光功率密度范围内(0kW/cm2~27.1kW/cm2),当激光功率密度大于15.1kW/cm2时,普通玻璃衬底沉积的非晶硅薄膜开始实现晶化;随着激光功率密度的增大,晶化效果先逐渐变好,之后变差;激光功率密度增大到24.9kW/cm2时,薄膜表面呈现大面积散落的苹果状多晶硅颗粒,晶粒截面尺寸高达478nm ;激光功率密度存在一个中间值,使得晶化效果达到最佳;石英衬底上沉积的非晶硅薄膜则呈现与前者不同的结晶生长过程,当激光功率密度为19.7kW/cm2时,薄膜表面呈现大晶粒尺寸的球形多晶硅颗粒,并且晶粒尺寸随着激光功率密度的增大而增大,在 27.1kW/cm2处晶粒尺寸达到最大5.38m。研究结果对用连续激光晶化法制备多晶硅薄膜的研究具有积极意义。     

脉冲Nd:YAG激光器选区晶化制备多晶硅薄膜

采用三倍频后的Nd:YAG固体脉冲激光系统(波长为355 nm)选区诱导晶化非晶硅薄膜,以制备多晶硅薄膜。分别测试了激光晶化前后薄膜的表面形貌和拉曼光谱。在文中分析了400 nm厚薄膜在激光扫描前后的表面形貌变化。拉曼光谱显示薄膜的晶化程度随着激光能量的增加而提高。最优的激光晶化能量密度与薄膜的厚度相关。对于300 nm和400 nm厚的非晶硅薄膜,有效晶化非晶硅的能量密度分别在440-634 mJ/cm²,777-993 mJ/cm²之间。在激光能量密度分别为634 mJ/cm²,975 mJ/cm²和1571 mJ/cm²时,300 nm、400 nm和500 nm厚薄膜达到最好的晶化效果。