激光脉冲波形对烧蚀Si靶表面温度的影响

利用双温方程对激光烧蚀Si靶的过程进行了数值模拟,并结合合适的初始条件和边界条件,研究了在飞秒、皮秒激光作用下,脉冲波形(矩形、梯形、三角形和高斯形)对Si靶表面载流子和晶格温度分布的影响。结果表明:激光功率密度是影响载流子温升的主要因素,矩形脉冲激光烧蚀Si靶表面载流子的峰值温度最高,而高斯分布的脉冲引起靶面载流子峰值温度最低。可见,激光脉冲波形对Si靶表面载流子的温度分布具有重要影响。所得结果可为制备高质量的薄膜提供理论依据。     

环境气体种类对激光烧蚀粒子速度劈裂的影响

采用蒙特-卡罗(Monte Carlo)方法, 模拟了激光烧蚀粒子输运动力学过程, 在环境气体压强为100 Pa的情况下, 研究了环境气体种类(He, Ne, Ar和假想气体等)对烧蚀粒子速度劈裂的影响. 研究结果表明, 在四种环境气体中传输的烧蚀粒子均出现了速度劈裂现象, 形成速度劈裂所需时间按He, Ne, 假想气体和Ar的次序减小. 还研究了环境气体分子的质量和半径对烧蚀粒子速度劈裂的影响, 形成速度劈裂所需时间随环境气体分子半径(或质量)增大而减小. 在假想气体中, 两速度峰强度相等时的强度最小. 结合欠阻尼振荡模型和惯性流体模型, 对劈裂的形成时间进行了解释. 所得结论可为进一步定量研究纳米晶粒生长机理提供基础.     

Pressure ranges of velocity splitting of ablated particles produced by pulsed laser deposition in different inert gases

The transport of ablated particles produced by single pulsed-laser ablation is simulated via Monte Carlo method. The pressure ranges of velocity splitting of ablated particles in different inert gases are investigated. The result shows that the range of velocity splitting decreases with the atomic mass of the ambient gas increasing. The ambient gas whose atomic mass is more than that of Kr cannot induce the velocity splitting of ablated particles. The results are explained by the underdamping model and the inertia flow model.     

初始溅射粒子密度对烧蚀粒子密度和速度分布的影响

采用蒙特-卡罗(Monte Carlo)模拟方法,研究了初始溅射粒子密度对其传输中的密度和速度分布以及环境气体密度分布的影响.结果表明,随着初始溅射粒子密度增大,烧蚀粒子和环境气体高密度峰的交叠区离开靶的最大距离减小,被衬底反弹后,距靶的最小距离减小,烧蚀粒子的速度分布随初始溅射粒子密度增大而变宽,当初始溅射粒子密度大于8.33×10²⁵ m^-3时,出现速度劈裂现象.所得结论为进一步定量研究纳米晶粒的成核机理提供了基础. 关键词： Monte Carlo模拟 烧蚀粒子 密度分布 速度分布     

镍掺杂硅纳米线电子结构和光学性质的第一性原理研究

利用基于密度泛函理论的第一性原理计算,对镍掺杂硅纳米线的结构稳定性、电子与光学性质进行了研究.结果表明:Ni容易占据硅纳米线表面的替代位置.镍掺杂后的硅纳米线引入了杂质能级,杂质能级主要来源于Ni的3d电子的贡献.由于Ni的3d态和Si的3p态的耦合作用,使禁带宽度变窄.掺杂后的硅纳米线在低能区出现了一个较强的吸收峰,且吸收带出现宽化现象. 关键词： 硅纳米线 掺杂 电子结构 光学性质     

脉冲激光烧蚀制备纳米硅晶粒成核生长的热力学条件研究

文中利用蒙特卡洛方法,引入成核生长模型,研究了纳米硅晶粒成核生长过程.结合宏观阻力模型,计算了纳米硅成核和生长所对应的过饱和度范围.结果显示,衬底的二次溅射,造成成核次数增多,生成小尺寸纳米晶粒的数量增加;晶粒成核过程和生长过程所需要的过饱和度范围不同,过饱和度较大(>2600)时成核次数多生长次数少;而过饱和度在250～2600时生长次数多成核次数少.     

衬底加温和后续热退火法形成纳米硅晶粒成核势垒的比较

在真空环境中,采用脉冲激光烧蚀技术,分别在衬底加温和室温条件下沉积制备了纳米Si薄膜.对在室温条件下制备得到的非晶Si薄膜,采用后续热退火实现其晶化.通过扫描电子显微镜、Raman散射仪和X射线衍射仪对制备的薄膜形貌、晶态成分进行表征,得到两种情况下纳米Si晶粒形成的阈值温度分别为700 ℃和850 ℃,通过定量计算比较了两种情况下晶粒成核势垒的大小,并从能量角度对阈值温度的差别进行了理论分析.     

具有窄光致发光谱的纳米Si晶薄膜的激光烧蚀制备

采用XeCl脉冲准分子激光器，在10Pa的Ar气环境下，烧蚀高阻单晶Si靶，分别在距靶3cm的玻璃和单晶Si衬底上制备了纳米Si薄膜. 相应的Raman谱和x射线衍射谱均证实了薄膜中纳米Si晶粒的形成. 扫描电子显微镜图像显示，所形成的薄膜呈均匀的纳米Si晶粒镶嵌结构. 相应的光致发光峰位出现在599nm，峰值半高宽为56nm，与相同参数下以He气为缓冲气体的结果相比，具有较窄的光致发光谱，并显示出谱峰蓝移现象. 关键词： 纳米Si晶粒 脉冲激光烧蚀 薄膜形貌 光致发光     

Ar环境气压对脉冲激光烧蚀制备纳米Si晶粒平均尺寸的影响

采用XeCl脉冲准分子激光器，烧蚀高阻抗单晶Si靶，在1—500 Pa的Ar气环境下沉积制备了纳米Si薄膜. x射线衍射谱测量证实，纳米Si晶粒已经形成.利用扫描电子显微镜观测了所形成纳米Si薄膜的表面形貌，结果表明，随着环境气压的增加，所形成的纳米Si晶粒的平均尺寸增大，气压为100 Pa时达到最大值20 nm，而后开始减小. 从晶粒形成动力学角度，对实验结果进行了定性分析. 关键词： 纳米Si晶粒 脉冲激光烧蚀 表面形貌     

Ni掺杂浓度对硅纳米线光电性质的影响

利用基于密度泛函理论的第一性原理,对不同直径和浓度Ni掺杂硅纳米线的形成能、能带结构、态密度和光学性质进行了计算,结果表明：杂质Ni的形成能随硅纳米线直径的减小和掺杂浓度的降低而下降,这说明直径越大的硅纳米线掺杂越困难,杂质浓度越高的硅纳米线越不稳定. Ni掺杂在费米能级附近及带隙中引入杂质能级,其主要来自Ni的3d轨道,杂质能级扩展成杂质带,改变Ni的掺杂浓度可改变硅纳米线的带隙,改善其导电性. 另外,还发现掺杂浓度明显改变了硅纳米线的吸收强度和宽度.