GCr15轴承钢激光强化温度场及组织结构

应用宽带扫描技术对GCr15轴承钢进行激光强化处理实验,实测激光相变硬化区的硬度和深度.采用有限元软件对激光强化过程中的温度场进行数值模拟,数值模拟结果与实验结果符合较好.激光淬硬层显微硬度分布主要与激光加热时温度场分布有关,奥氏体化过程中渗碳体的溶解和奥氏体中碳的浓度决定了最终微观结构和表面硬度.表面温度高、奥氏体化时间相对较长及冷却速率快导致了表面的高硬度.表面最高温度接近熔化温度时,仍含有一定数量的未溶渗碳体.     

硅-硅键合界面氧化层模型与杂质分布的模拟

硅-硅直接键合的硅片界面存在一层很薄的氧化层,其化学成分是非化学计量比的氧化物S iOw(0相似文献   

飞秒激光扫描不同温度下的硅片诱导形成微结构的差别

不同温度下利用钛宝石激光器输出的飞秒激光脉冲(脉宽42fs,中心波长800nm,最大单脉冲能量3.6mJ),通过扫描方式在硅表面诱导产生表面微结构。采用光学显微镜和扫描电镜观察飞秒激光诱导硅表面微结构的形貌,发现不同温度下硅片表面形成的微结构区域和形貌出现明显的差异。根据观测结果,分析比较了不同温度条件下硅材料微结构形成的能量阈值。随着温度升高,形成的微结构区域减小,飞秒激光诱导形成硅表面微结构的能量阈值升高。这对于研究飞秒激光与物质的相互作用有一定的参考价值,也能对将来实现硅表面微结构的制作提供参考。     

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%。     

硅硅直接键合界面杂质分布研究

根据硅片直接键合工艺中硅片的杂质分布与扩散规律,使用集成电路模拟软件T—SUPREM4建立一个键舍过程中杂质再扩散模型。该模型有利于MEMS和IC电路的集成化设计。使用该模型对键合热处理时的杂质再扩散进行模拟,得到了在500C温度下进行键合时界面处杂质的分布曲线。结果表明,热处理1h杂质再扩散已基本停止;键合界面处的氧化层对杂质扩散有明显的阻止作用．这有利于改善器件性能。     

高浓度硼深扩散自停止腐蚀层硅片工艺研究

为制备用于硅溶片工艺的高浓度硼深扩散自停止腐蚀层硅片,对扩散掺杂工艺进行了研究。结合预淀积和再分布两种条件下扩散的特点,采用两步法工艺制备了高浓度硼深扩散硅片,研究了影响杂质浓度和扩散深度的再分布与预淀积时间比。扩散所得硅片的测试结果与理论计算相当吻合,当再分布与预淀积时间比为1.5倍时,扩散结深为21.7μm,自停止腐蚀层为14μm。     

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%。     

YAG激光诱导组合脉冲放电对材料表面强化的研究

为了增加激光诱导放电坑强化层深度,同时考虑降低由于表面严重气化导致能量的损耗,研究了激光诱导组合脉冲放电的技术。采用多激光诱导放电的方法,通过在脉冲放电过程中增加脉冲激光个数,来增强通道后期激光诱导的能力;采用增加放电脉冲个数的方法,通过控制加工点的温度来控制放电能量的输入方式,减少能量的集中度,来增加强化层深度。结果表明,通过增加诱导激光脉冲个数,放电坑直径从原来的690μm降为652μm,强化层深度从85μm增加到100μm,通过将1个单脉冲改为一定间隔的3个子脉冲,放电坑直径降为653μm,强化层深度增加到92μm。该方案适合机械部件的表面强化加工。     

电子束大面积辐照硅片温度分布的计算机模拟

本文对聚焦电子束大面积辐照(包括快速多次扫描)硅片的纵向温度分布进行了计算机数值模拟。作者运用表面热导关系计算了硅片底面的传导散热。模拟中还计入了电子在硅中的能量耗散分布、硅的热导率随温度的变化以及硅片两面的辐射散热等因素。模拟结果与实验都较好地符合。本文模拟结果特别指出:辐射时间达1毫秒或更长时,如果辐照功率密废达10~3瓦/厘米~2以上,硅片纵向温度分布并不均匀,温度差远远超过10℃。这一结果尚未见国内外文献报道。作者根据模拟结果作了一些推论。     

直接键合硅片界面键合能的理论分析

直接键合硅片界面的键合能依赖于界面成键的密度 ,是退火温度和时间的函数 ,界面反应激活能决定着成键的行为 .硅片键合能随退火温度分两步增加 ,这种现象被归因于界面反应存在两种不同的激活能 .将硅本征氧化层与硅热氧化层两种键合界面在退火过程中的行为进行了理论分析与比较 .硅本征氧化层的键合能随温度的增加要比热氧化层界面的大 .键合能的饱和时间与激活能密切相关     

非熔性激光退火工艺的分子动力学模拟

本文用分子动力学模拟方法研究了266纳米波长的脉冲激光作用下材料的退火过程,提出了一种在非熔性激光退火方式下描述硅和杂质原子行为的微机制。在离子注入之后,硅片表面在高能激光脉冲的作用下,材料的化合键松弛并且部分硅和杂质原子得以摆脱束缚。当后续的激光能量进入固体表面并被价电子吸收时,所产生的原子核反冲,成为原子调整位置和晶格修复的真正的动力学原因。本文用分子动力学方法考察了与能量相关的运动行为。另外,非熔性激光退火对于激光作用能量密度相当敏感,少许过量的激光能量可引起明显的杂质扩散；仿真结果为实际的激光退火实验所支持。     

激光脉冲照射硅时若干物理量的计算

本文计算了由毫微秒和微微秒激光脉冲照射而在硅晶体中产生的晶格温度、载流子浓度和载流子温度的时间演变和空间分布,本文用PDECOL软件包计算一组关于晶格温度、载流子浓度、载流子温度和激光强度的偏微分方程组的数值解。计算表明,热载流子的能量弛豫时间应为1ps或小于1ps,计算的熔化阈值与发表的实验结果是一致的。     

低能碳离子束沉积(111)织构的立方SiC薄膜

在硅衬底上利用具有质量选择功能的低能离子束沉积技术沉积碳离子制备出除碳、硅之外无其他杂质元素的纯净的立方SiC薄膜.利用X射线光电子谱、俄歇电子能谱、X射线衍射对样品进行了表征.结果显示常温和400℃制备的样品为非晶结构,在800℃制备的样品由一富碳的表面层和有着良好化学计量比的SiC层组成,碳化硅晶体薄膜是(111)织构的.通过分析可知衬底温度、离子沉积能量和样品保温扩散时间等因素综合在一起对于在硅上沉积SiC薄膜起着重要作用.远远大于TRIM预测厚度的SiC薄膜的获得是高的衬底温度、一定注入能量的碳离子引起的增强扩散以及通道注入效应综合作用的结果.     

低能碳离子束沉积(111)织构的立方SiC薄膜

在硅衬底上利用具有质量选择功能的低能离子束沉积技术沉积碳离子制备出除碳、硅之外无其他杂质元素的纯净的立方SiC薄膜.利用X射线光电子谱、俄歇电子能谱、X射线衍射对样品进行了表征.结果显示常温和400℃制备的样品为非晶结构,在800℃制备的样品由一富碳的表面层和有着良好化学计量比的SiC层组成,碳化硅晶体薄膜是(111)织构的.通过分析可知衬底温度、离子沉积能量和样品保温扩散时间等因素综合在一起对于在硅上沉积SiC薄膜起着重要作用.远远大于TRIM预测厚度的SiC薄膜的获得是高的衬底温度、一定注入能量的碳离子引起的增强扩散以及通道注入效应综合作用的结果.     

Nd:YAG连续激光诱导下硅中钛过饱和掺杂研究

为了在硅中掺入过饱和的过渡金属杂质,采用自行设计的线形大功率Nd:YAG激光辐照表面溅射钛的硅片,对辐照后样品进行了俄歇电子能谱测试,利用2维热力学模型,对连续激光扫描的过程进行了热力学模拟。结果表明,硅中的钛掺杂浓度远高于钛在硅中的固溶度,钛的最高浓度在表面下方一定距离处;硅片中的最高温度并不在硅的表面,温度分布导致了钛的分布不在表面;模拟结果与实验结果吻合得较好。线形连续激光能够通过对材料表面扫描辐照的方式进行加工,实现过饱和掺杂。     

硼掺杂纳米硅薄膜的多脉冲激光熔覆数值模拟及实验研究

为研究多脉冲激光的热累积效应对硼掺杂纳米硅薄膜熔覆过程的影响,采用单温模型,利用三维有限元方法对激光与硅薄膜的相互作用过程中温度场的分布进行了数值模拟,得到了多脉冲激光耦合情况下的温度场变化规律。仿真结果表明:与单脉冲相比,在多脉冲激光作用下,峰值温度增加了3.2%,熔池尺寸扩大了18.75%,同时热影响区范围也明显增加;激光辐照后,熔覆层表面温度下降,但基体温度仍会继续上升,多脉冲热累积效应为纳米硅薄膜中硼元素扩散提供了有利条件。最后,通过单脉冲及多脉冲激光熔覆实验,分析了熔覆硅薄膜后的熔覆层表面状况的差异,并获得了激光熔覆辅助硼元素扩散的一般规律,为硼掺杂纳米硅薄膜的激光辅助扩散技术在半导体器件中的应用提供了条件。     

基于有限元分析法的激光剥离技术中GaN材料瞬态温度场研究

用有限元分析法模拟计算Al2O3／GaN的激光剥离，分析了采用不同能量密度脉冲激光辐照时GaN材料内的瞬态温度场分布。采用波长248nm的KrF准分子激光器对Al2O3／GaN样品进行激光剥离实验。实验结果与有限元数值模拟结果一致。分析了影响GaN材料温度场分布的因素，在激光光源一定的条件下，温度随时间和深度变化较快。在实现激光剥离时，脉冲激光的能量密度应不低于阈值条件，但为了避免温度过高对器件产生损伤，脉冲激光的能量密度存在上限。多脉冲激光辐照时，脉冲频率是另一关键参量，计算得到了不同能量密度的脉冲激光辐照时频率的选取范围。     

激光退火的一点注记

半导体激光退火、激光诱导表面沉积杂质的扩散、激光感应材料相变等应用研究中,都需要了解激光作用后材料的降温速率。使用毫微秒激光脉冲可以使多晶铝表面形成一薄薄的非晶层,用微微秒激光脉冲既能使硅单晶形成非晶,也能使非晶变成具有多层结构的晶态物质。简单理论指出,脉冲愈短,降温速率愈高,估算在微微秒的脉冲作用下降温速率会达10~(14)K/秒。但事实上我们用热熔化模型计算的结果是,可能达到的降温速率要比这个数     

超快激光诱导单晶硅瞬态光学性质演化机理

研究了从亚皮秒到皮秒范围内的不同脉宽和不同能量密度的激光作用下单晶硅材料表面瞬态光学性质的演化规律。这项工作基于考虑了相变潜热的双温方程、载流子数密度模型,通过计算激光辐照过程中的载流子温度、晶格温度和激发态载流子数密度和介电常数,模拟了光子到电子以及电子到声子的能量传递过程,最终得到了单晶硅表面折射率和消光系数的变化结果。有助于揭示亚皮秒到皮秒脉冲宽度范围的超短脉冲激光辐照下,单晶硅材料瞬态光学性质的演化机理。理论结果表明,若单个激光脉冲无法使单晶硅熔化,则不同的激光能量密度和不同的激光脉宽对最小折射率的影响非常有限,在0.3~0.4 J/cm2的激光能量密度范围内,每0.01 J/cm2的能量密度改变引起的最小折射率变化率小于0.5%。若单个激光脉冲能使单晶硅熔化,则不同能量密度和不同脉宽的激光对硅表面的折射率和消光系数有不同程度的影响。该研究结果可为基于超短脉冲激光的单晶硅材料加工和表面改性提供一定的理论指导。     

超短脉冲激光烧蚀半导体表面的热效应分析

为了研究超短激光辐照下半导体表面的热效应,采用有限差分法对双温方程进行了数值模拟,研究了飞秒、皮秒激光作用下,半导体表面载流子和晶格的温度分布情况.结果表明,载流子与晶格的温度耦合时间和金属耦合时间大致相同,激光功率密度是影响载流子温升的主要因素,超短脉冲激光入射时能量主要被半导体表层载流子吸收,所得结论与实验结果较吻合.