晶体硅太阳能电池激光隔离pn结的研究

在晶体硅太阳能电池生产过程中,为了避免过低的填充因子,电池边缘多余的pn结必须去掉。首先利用激光温度场在硅材料中的分布,得出硅片在纳秒级脉冲激光作用下的融化峰值功率阈值。然后根据此阈值选择合适的激光器进行晶体硅太阳能电池激光隔离pn结的研究。通过激光隔离槽的3D形貌及测试太阳能电池的反向电流和并联电阻寻找最佳激光隔离的工艺参数。通过实验证明,纳秒级脉冲激光隔离能达到并超过化学隔离及等离子隔离的效果,为太阳能电池pn结隔离提供一种经济、环保的方案。     

半导体表面等离子体效应对THz波传输特性的影响

本文提出了一种利用激光照射高阻硅来控制硅片中THz波传输特性的方法.利用波长为808nm的激光照射高阻硅产生光生电导来控制硅片对THz波的吸收系数,进而控制硅片中THz波的传输特性,并测量了在光强为1.9W/cm2的激光照射下硅片对THz波的透射特性.在1.9W/cm2的激光照射下,0.07cm硅片的THz波透射量减少了20%.实验证明,利用激光控制硅片中的THz波传输是可行的.     

用脉冲激光照射去除硅片表面杂质

美国奥克一里季国立研究所,正进行用激光照射硅片以去除半导体硅片表面的杂质(特别是碳和氧)的试验(齐勒等,《Applied physics letters》.Vol 36,№.1,PP.56～59,1980.1,1)。 以往,要使半导体硅片表面保持清洁,是在高真空室内把硅片表面进行物理性溅射,这样可以赶走表面污染物,同时又可以加热吸附在表面的污染物而使其剥离。但是由于表面受到损伤,所以经此处理后必须进行高温退火。而且这种处理与退火工艺必须反复进行,要花去几小时到几天的时间。 对硅片照射脉冲形式激光,可以说就     

微粒子测量机测量纳米级表面粗糙度

大阪电气通信大学和大阪大学的研究组用其研制的微粒子测量机测量出纳米级的硅片表面粗糙度,得到与用干涉显微镜测得的表面粗糙度的差.应用这微粒子测量机不仅可测量硅片表面的粗糙度,同时可以测量硅片的表面形状和表面微粒子分布. 这个装置是在硅片表面照射激光,一面扫描一面检测从单微粒子射出的瑞利散射光,从而测量粒径,测量精度达纳米级.     

太阳能硅片双束激光划槽方法与装置

本文提出一种太阳能硅片双束激光划槽方法和装置,它利用Z型谐振腔的Nd:YAG激光器,声光Q开关调制,经直角棱镜发射双束激光,扩束聚焦输出到太阳能硅片表面,划槽最小线宽:20μm,最大划片速度:120mm/s、使生产率提高100%,节约能源30%。     

脉冲激光诱导扩散的计算机模拟

本文用计算机解差分方程组的方法求解脉冲激光诱导扩散过程中的热导方程和杂质扩散方程,求得在硅片中不同深度层的温度分布、各层温度随时间的变化以及杂质扩散分布.要想得到有效的杂质扩散结果,激光强度必须大于一定值致使有一定深度的硅层发生熔化,从而出现液相扩散过程.影响杂质扩散结果的主要因素是脉冲激光功率密度和激光脉冲宽度,因为这两个因素是决定硅表面层熔化的深度和表面层保持液相的时间,从而决定扩散结果.对于不同波长的激光,硅片的光吸收系数和反射系数不相同也会对杂质扩散结果有所影响.计算机模拟计算的结果与染料脉冲激光对硼在硅片诱导扩散的实验结果相当符合.我们对结果还作了初步讨论.     

超短激光脉冲对硅表面微构造的研究

在特定的气体氛围下,用一定能量密度的超短脉冲激光连续照射单晶硅片表面,制备出表面具有准规则排列的微米量级锥形尖峰结构的“黑硅”新材料。不同背景气体下的实验表明,激光脉宽和背景气体对表面微构造的形成起着决定性的作用。具体分析了SF6气体氛围中,皮秒和飞秒激光脉冲作用下硅表面微结构的演化过程。虽然两者均可造成硅表面的准规则排列微米量级尖峰结构,但不同脉冲宽度的激光与硅表面相互作用的物理机制并不相同。在皮秒激光脉冲作用下,尖峰结构形成之前硅片表面先熔化;而飞秒激光脉冲作用下尖峰的演化过程中始终没有出现液相。对材料的光辐射吸收的初步研究表明,该材料对1.5~16μm的红外光辐射吸收率不低于80%。     

光控菲涅耳波带片扫描天线

描述了基于光生等离子体效应的瞬态毫米波菲涅耳波带片扫描天线的工作原理.模拟计算了高阻硅片在不同激光光强照射下对毫米波的透射率,设计了毫米波在以不同偏离角入射时菲涅耳波带片的结构.分析了激光照射硅片形成不同焦距的波带片时天线的增益性质.实验验证了94 GHz波段天线,测试结果与模拟计算结果吻合得较好.     

准分子激光直接清洗硅片上油脂的实验研究

本文报道了采用输出激光波长为308nm,脉冲宽度为28ns的准分子激光直接清洗硅片上油脂的实验研究,通过改变光束大小或调节激光输出能量来改变基片表面上的激光能量密度,研究激光能量密度对激光清洗效果的影响。从实验中得到硅片的激光清洗阈值为0.2J/cm2,损伤阈值为1.2J/cm2。     

晶体硅片上激光打孔的研究

背面接触太阳电池越来越多地被人们关注,这种电池增加了使用激光器在硅片上打孔工艺。选用了半导体激光器作为光源在晶体硅片上进行打孔实验。通过调节激光器的功率、离焦量、脉冲重复频率等参数并分析其对打孔的影响。在激光打孔后,对硅片使用显微镜测试来分析打孔大小、形貌和损伤区,并优化打孔的参数。通过实验证实孔的入孔直径和出孔直径都随激光能量的增大而增大。随着离焦量的增大,出孔直径先增大后减小,且出孔直径越大时孔附近的破坏区域越小。脉冲重复频率的变化由于影响激光能量而影响孔径。另外,脉冲重复频率过大时,激光能量仍然比较大,但却打不穿硅片。     

激光能量对脉冲激光沉积法制备ZnO薄膜性能的影响

脉冲激光沉积技术(PLD)易于获得高质量的氧化物薄膜已成为一种重要的制备ZnO薄膜的技术.采用脉冲激光沉积(PLD)(KrF准分子激光器:波长248 nm,频率5 Hz,脉冲宽度20 ns)方法在氧气气氛中以高纯Zn(99.999%)为靶材、在单晶硅和石英衬底表而成功生长了ZnO薄膜.通过X射线衍射仪、表面轮廓仪、荧光光谱仪、紫外可见分光光度计对合成薄膜材料的晶体结构、厚度、光学性质等进行了研究,分析了激光能量变化对其性能的影响.实验结果表明我们使用PLD法可以制备出(002)结晶取向和透过率高于75%的ZnO薄膜,激光能量为450 mJ的ZnO薄膜的发射性能较好,但激光能量的增加不能改善薄膜的透光率.     

纳秒脉冲激光处理后硅电池光电转换效率研究

为了研究纳秒激光于硅晶片改性的可能性,对飞秒及皮秒激光在SF6气体中与硅表面作用形成锥形微观结构及其作用过程进行了分析。通过在SF6气体氛围中采用6ns激光脉冲辐照硅片表面的方法,以获得硅片表面峰状结构,并对此种作用下微观结构形成过程及结果进行了分析。将激光处理后的硅片与未经激光处理的硅片同时放入到硅电池片生产线的适当工序中制成硅电池片,通过对比测试两种硅电池的光电转换效率,从硅表面状况等因素对实验结果进行了初步分析。结果表明,激光处理后的硅片制成硅电池片的光电转换效率与未经激光处理的相比有一定程度的提高,可达15%～25%。     

波长和气氛对激光诱导硅表面微结构的影响

为了研究特定气氛下激光辐照对单晶硅表面微结构的影响,采用红外(基频波长1064nm)和紫外(3次谐波波长355nm)YAG纳秒激光脉冲连续辐照方法,分别在SF6、空气、N2和真空环境下对硅表面微结构进行了实验研究。得到红外纳秒激光在SF6和空气中形成的微结构较真空和N2下有更高的纵横比;紫外纳秒激光在SF6和真空中产生的锥形结构比N2和空气中要更为显著,但SF6中形成的微结构上有絮状物的结果。结果表明,激光波长和环境气氛对微结构的形成起着决定性作用,且激光辅助化学刻蚀的效率不同。该结果对深入研究纳秒激光在特定气氛下诱导硅表面微结构是有帮助的。     

单脉冲激光损伤CCD探测器的有限元仿真

为了研究激光对CCD探测器的损伤效应,采用有限元分析的方法进行了激光损伤CCD的理论分析和实验验证。阐述了激光辐照CCD探测器的损伤机理,设计了激光辐照CCD探测器热效应的仿真模型,针对波长为532nm的高功率激光辐照硅基CCD探测器而产生的热效应,利用有限元法进行了仿真计算,得到了CCD探测器受到532nm激光辐照时硅电极的温度曲线以及硅电极损伤时间阈值,并相应计算出损伤CCD探测器所需要的激光能量阈值为220mJ/cm2左右。结果表明,损伤阈值随着激光功率密度的增大而减小,但变化幅度不大;当多脉冲毫秒激光辐照CCD探测器,在一个脉冲结束、下一个脉冲到来之前,探测器温度恢复到环境温度。该模型可以较为准确地对单脉冲激光辐照CCD探测器时产生的热损伤效应进行模拟。     

Theoretical approach to estimate laser process parameters for drilling in crystalline silicon

This paper presents a simple method for estimating the ablation rate during drilling processes in crystalline silicon wafers. Using data from literature, the physical process of material heating, melting, and ejection can be estimated on a time scale and leads to a temporal separation of the pulse duration in two parts. The latter one offers a theoretical determination of the expected average ablation rate. The results of this approximation coincide with experimental values and offer solutions to increase drilling efficiency. The experiments were done with a q‐switched solid‐state laser emitting at 1064 nm wavelength at pulse durations between 810 ns and 1440 ns. Copyright © 2010 John Wiley & Sons, Ltd.     

Detection of oxygen concentration in silicon wafers using a tunable diode laser

Control of the oxygen concentration in silicon wafers is important for the fabrication of high quality integrated circuits. Techniques for the fast detection of oxygen would be desirable for production line quality control. The oxygen concentration in silicon has traditionally been measured by a Fourier transform infrared spectrometer (FTIS). Due to the slow response time (1-10 min), it is not suitable for wafer screening. In this report, we describe a diode laser spectroscopy technique for the fast (10 ms) detection of oxygen in production line silicon wafers. The results are in good agreement with those measured by the Fourier transform technique.     

长脉冲激光辐照单晶硅的热损伤

为探究毫秒脉冲激光辐照单晶硅的热损伤规律和机理,利用高精度点温仪和光谱反演系统对毫秒脉冲激光辐照单晶硅的温度进行测量。分析温度演化过程,研究毫秒脉冲激光对单晶硅热损伤全过程的温度状态和对应的损伤结构形态。研究表明:脉冲宽度固定时,激光诱导的单晶硅的峰值温度随能量密度的增加而增加;当脉冲宽度在1.5~3.0 ms之间时,温度随脉冲宽度的增加而降减小。温度上升曲线在熔点(1 687 K)附近时出现拐点,反射系数由0.33增加为0.72。在气化和凝固阶段,出现气化和固化平台期。单晶硅热致解理损伤先于热致熔蚀损伤,在低能量密度激光作用条件下,应力损伤占主导地位,而在大能量密度条件下,热损伤效应占主导地位。损伤深度与能量密度成正比,随脉冲个数增加迅速增加。     

Propagation Characteristics of Infrared Pulse Waves through Windblown Sand and Dust Atmosphere

The physics characteristics of the windblown sand and dust atmosphere at the sand bench of Yellow River in China are discussed. The pulse distortion and time delay of infrared nanosecond pulse propagating through the atmosphere having sand and dust particles are investigated at 1.06 and 3.8 μm, respectively. It is shown that the delay of 10 ns laser pulse propagating through 5 km windblown sand and dust atmosphere are over 1 ns and 10 ns at 1.06 and 3.8 μm, respectively. The pulse spread increases slightly with wavelength increase. The pulse spread of a 10 ns laser pulse is over 40 ns at 3.8 μm. The pulse delay and spread increase rapidly with the sand particle density increasing in atmosphere. The narrower the pulse width is, the more the pulse distortion is. Hence, at infrared band, for a laser pulse propagating in sand and dust atmosphere, the pulse delay and spread are quite severe and need be taken into account for a narrower pulse laser system.     

激光对光电探测器的损伤阈值研究

本文研究了1.06μm和0.53μm激光对硅pin光电二极管以及硅雪崩光电管的永久性损伤效应,测出了损伤阈值。实验发现,光电探测器的PN结受到激光热烧伤是造成其永久性损伤的重要因素,损伤阈值的大小与激光波长、脉冲宽度以及光电探测器结构有关。     

1.3 µm high-power BH laser on p-InP substrates

In our fabrication of a 1.3 μm band high-power BH laser on a p-type InP substrate, 79 mW CW laser output was obtained, and the spectrum width was 10 nm at 50 mW; it also obtained a high-power pulse output of more than 200 mW at 30 ns pulse width. It shows high-speed pulse response at 2 Gbits/s. These CW and pulse lasing characteristics are reported in this paper, and we also show the output and threshold current distribution of about 1000 samples from six wafers. This high-power laser is very useful for light sources of measuring instruments.