6H-SiC单晶的激光刻蚀及光谱分析（英文）

激光微加工是半导体精密加工的一个有效方法。对于碳化硅(SiC)单晶,使用紫外波段激光可以获得对入射能量最大的吸收效率。使用355nm全固态激光器对6H-SiC单晶进行刻蚀。同时将样品置于不同的介质下以探究最优加工条件。使用拉曼光谱表征激光刻蚀后的SiC表面。刻蚀后表面主要由无定形硅及纳米晶石墨组成,对于空气下刻蚀的SiC晶片,无定形硅主要分布于刻蚀坑的周围,刻蚀坑内较少。而在液体下刻蚀的样品,无定形硅的空间分布相反。通过分析残留在表面的物质,在另一角度研究了激光刻蚀的反应机理。对于液体辅助的激光加工,以往的研究主要关注液层的厚度及粘度,对液体还原性的研究很少。为确定液体还原性的影响,使用共聚焦激光扫描显微镜及能量色散谱检测了不同液体辅助加工样品的表面形貌及氧含量。结果表明,液体还原性在激光刻蚀过程中有着较大的影响,使用有着还原性的液体作为介质可以有效减少表面氧化并获得更规则的表面形貌。     

激光刻蚀银纳米粒子岛膜的SERS特性

利用激光刻蚀的方法,通过改变激光脉冲的能量,制备出一系列的纳米金属银胶体。将银胶体沉积在铝基底上形成一层银岛膜。用紫外—可见吸收光谱、SEM及拉曼光谱对银胶体和银岛膜进行了表征。研究结果表明,刻蚀所用激光脉冲的能量影响胶体中银颗粒的分布;不同能量下制备的胶体所形成的银岛膜具有不同的表面增强效果;该岛膜具有增强效果优异、制备简便等特点。     

激光刻蚀法制备Pd纳米颗粒及其光谱特性初探

用Nd:YAG脉冲激光器1 064 nm激发光在二次去离子水中制备了Pd胶体.此体系中Pd颗粒表面不存在杂质离子,为"化学纯净".刻蚀后将Pd胶体沉积在铝基底上形成一层Pd岛膜.紫外-可见吸收光谱表明Pd胶体在200～800 nm测量范围内没有出现特征吸收峰,说明Pd胶体的吸收光谱并不能反映Pd胶体中Pd颗粒的粒径分布等信息.SEM显示Pd岛膜由Pd纳米颗粒组成,其平均粒径在200 nm左右.以101-3mo/·L-1的4-巯基吡啶(4MPY)为探针分子对Pd胶体和Pd岛膜的表面增强拉曼散射(SERS)进行了研究.结果显示,在Pd胶体中没有获得4MPY的SERS信号;Pd岛膜是一种非常高效的活性增强基底,从实验数据估算得出其增强因子约为8.7×104.SERS光谱分析显示4MPY分子通过S原子以倾斜的方式吸附于Pd岛膜表面;与Pd岛膜表面相比,4MPY分子在Ag岛膜上更趋于采用垂直于表面的吸附取向.     

激光拉曼光谱分析氢同位素的应用

拉曼光谱作为一种物质结构和成分分析的测试手段而被广泛应用.介绍分析了激光拉曼光谱法用于氢同位素分析的可行性,并综述介绍了国内外研究人员利用激光拉曼光谱在氚参与的放射反应监测分析、氢同位素定性检测、定量分析方法研究等方面开展的工作.     

多菌灵农药的激光拉曼光谱分析

实验采集多菌灵农药的固体和液体拉曼光谱信号,对固体的原始拉曼光谱信号进行小波去噪预处理,利用正交试验方法筛选小波去噪参数的最优组合。结果表明,采用db2小波基函数、分解层数为2、阈值方案选择为rigrsure、重调方式为sln时,去噪效果最好,信噪比为62.483。根据不同官能团的振动模式,对去噪后的拉曼光谱分3个波数段(1 400～2 000,700～1 400,200～700 cm-1)进行谱峰归属和分析,得到了多菌灵农药分子在不同波数范围内的特征振动模式,其中,在619,725,964,1 022,1 265,1 274和1 478 cm-1处的拉曼信号较强,可作为固体多菌灵农药的特征峰。从多菌灵农药的液体拉曼光谱中,找到了629,727,1 001,1 219,1 258和1 365 cm-1特征峰,这些特征峰跟固体多菌灵农药的特征峰基本吻合。研究结果可为拉曼光谱分析技术在食品及农产品中农药残留的快速筛选提供判别依据。     

激光刻蚀银胶的制备及其SERS应用

激光刻蚀技术制备金属胶体是一种新兴的表面增强拉曼散射(SERS)活性衬底制备方法,本文利用激光刻蚀技术制备了'化学纯'银胶,并通过透射电镜、吸收光谱、表面增强拉曼散射光谱等手段对其进行研究,结果表明:银胶的等离子体共振吸收峰位于396nm;银粒子分布比较均匀,多数为球形颗粒,颗粒大小在20nm左右,并且有很好的分散性;吡啶的SERS谱分析显示此银胶具有很好的增强效果。     

6H-SiC的A_1(LO)拉曼峰低温温度特性研究

对6H-SiC单品体材料进行了从80到320 K的低温变温拉曼光谱测量,从实验得到的谱图上指认了部分6H-SiC的折叠拉曼峰,重点利用三声子模型和四声子模型分析了A1(LO)光学声子模峰位和线宽在低温下随温度的变化特性.实验发现,随着温度降低,LO声子模谱峰中心向高波数移动,线宽减小;同时发现当温度低于160 K时,无论足谱峰中心位置还是线宽的变化都趋于平缓,这是在常温和高温下观察不到的,说明在160 K以下时A1(LO)谱线线宽是由声子本身的性质决定,温度对线宽的影响几乎可忽略;理论拟合表明,四声子模型更能与实验数据相符,三次、四次非谐振动共同作用,前者是主要过程;温度越低,A1(LO)光学声子寿命越长,这是由于原子热运动的剧烈程度随温度降低而下降,声子弛豫减弱.     

单晶金刚石微杯形谐振子的激光刻蚀制造方法

基于激光刻蚀技术,提出了一种新型单晶金刚石微杯形谐振子的三维制造方法。由于高弹性模量、低热弹性阻尼以及较大的声波传递速度等优异的性质,单晶金刚石是一种理想的谐振子加工材料,但是金刚石硬度大且化学性能稳定,难以采用传统的加工方法成形加工。激光刻蚀因精度高,加工结构对称性好以及破损率低等特点,是一种较好的单晶金刚石加工方法。采用紫外激光加工机,研究了不同激光参数对单晶金刚石刻蚀质量的影响,通过合理设计微杯形谐振结构,规划激光刻蚀加工的轨迹,采用优化后激光刻蚀参数,实现了结构对称性较好的微杯形谐振子的加工,有望应用于高性能微杯形谐振陀螺。     

准分子激光激发的快速光谱分析

本文介绍了采用准分子激光作为激发源，结合光学多道分析仪（ＯＭＡ）的并行检测及同时谱扩展技术，自编数据采集软件、对中低合金钢样进行采谱并给出１５０ｎｍ同时谱采集结果。     

KTP晶体的激光烧蚀特性及Raman光谱研究

高阈值的KTP晶体的研发,对高能激光领域至关重要。采用高重复频率的紫外激光对KTP进行烧蚀,并对烧蚀前后的Raman光谱进行分析,研究发现：激光等离子体效应是造成晶体破坏的主要原因,其逆韧致吸收效应会大大增加激光脉冲能量的沉积,电离效应使得晶体发生充分的离解,高压冲击波效应则把熔化、气化以及电离混合物外排的同时,使得材料发生断裂。烧蚀前后的Raman光谱的特征峰分布基本相同,说明烧蚀作用没有改变KTP材料的整体结构。但是,特征峰的对比值(RIR)都发生了改变,且有所展宽,说明烧蚀后结晶度降低。其中TiO₆和PO₄等主要氧多面体的特征峰向低波数漂移,说明材料的键合力消弱,更易发生离解。     

Signatures of epitaxial graphene grown on Si-terminated 6H-SiC (0 0 0 1)

Epitaxial graphene layers thermally grown on Si-terminated 6H-SiC (0 0 0 1) have been probed using Auger electron spectroscopy, Raman microspectroscopy, and scanning tunneling microscopy (STM). The average multilayer graphene thickness is determined by attenuation of the Si (L₂₃VV) and C (KVV) Auger electron signals. Systematic changes in the Raman spectra are observed as the film thickness increases from one to three layers. The most striking observation is a large increase in the intensity of the Raman 2D-band (overtone of the D-band and also known as the G′-band) for samples with a mean thickness of more than ∼1.5 graphene layers. Correlating this information with STM images, we show that the first graphene layer imaged by STM produces very little 2D intensity, but the second imaged layer shows a single-Lorentzian 2D peak near 2750 cm⁻¹, similar to spectra acquired from single-layer micromechanically cleaved graphene (CG). The 4-10 cm⁻¹ higher frequency shift of the G peak relative to CG can be associated with charge exchange with the underlying SiC substrate and the formation of finite size domains of graphene. The much greater (41-50 cm⁻¹) blue shift observed for the 2D-band may be correlated with these domains and compressive strain.     

激光烧蚀硅过程中的元素沉积规律

激光在半导体加工行业(特别是硅材料)具有广阔的应用前景。激光与硅作用过程极其复杂,本文主要研究了紫外激光脉冲对硅进行烧蚀的形貌特征以及环境气体的影响。研究表明,紫外激光烧蚀硅产生激光等离子体的电离效应对烧蚀特性起了决定性的影响：气化、电离物的产生为材料的去除提供了条件,同时激光等离子体冲击波会把相变材料有效排出,激光等离子体光谱的电离效应则把空气中的氧元素有效电离并沉积到烧蚀产物中。     

Picosecond pulsed laser ablation and micromachining of 4H-SiC wafers

Ultra-short pulsed laser ablation and micromachining of n-type, 4H-SiC wafer was performed using a 1552 nm wavelength, 2 ps pulse, 5 μJ pulse energy erbium-doped fiber laser with an objective of rapid etching of diaphragms for pressure sensors. Ablation rate, studied as a function of energy fluence, reached a maximum of 20 nm per pulse at 10 mJ/cm², which is much higher than that achievable by the femtosecond laser for the equivalent energy fluence. Ablation threshold was determined as 2 mJ/cm². Scanning electron microscope images supported the Coulomb explosion (CE) mechanism by revealing very fine particulates, smooth surfaces and absence of thermal effects including melt layer formation. It is hypothesized that defect-activated absorption and multiphoton absorption mechanisms gave rise to a charge density in the surface layers required for CE and enabled material expulsion in the form of nanoparticles. Trenches and holes micromachined by the picosecond laser exhibited clean and smooth edges and non-thermal ablation mode for pulse repetition rates less than 250 kHz. However carbonaceous material and recast layer were noted in the machined region when the pulse repetition rate was increased 500 kHz that could be attributed to the interaction between air plasma and micro/nanoparticles. A comparison with femtosecond pulsed lasers shows the promise that picosecond lasers are more efficient and cost effective tools for creating sensor diaphragms and via holes in 4H-SiC.     

喇曼光谱法测定单个大米淀粉微粒糊化过程的实时研究

在特定加温模式和过量水分条件下,采用激光光镊喇曼光谱系统研究了单个大米淀粉微粒的糊化行为,获得了整个糊化过程的喇曼光谱.以光谱峰高的变化标记糊化过程,进一步验证了477 cm-1峰归属为淀粉分子骨架振动的事实.通过分析C-O-H基团相关特征峰1 052、1 083、1 127、1 339 cm-1的变化情况研究大米淀粉颗粒糊化过程中的速率问题.结果显示:糊化开始后,相关特征峰在过程中呈增强趋势,随着时间增加,温度升高,速率加快,直至糊化结束.     

拉曼光谱研究n型4H-和6H-SiC晶体的载流子浓度

半导体材料的纵光学声子与等离子体激元耦合模(LOPC模)能够提供材料电学方面的相关信息。本文在室温下测得了n型4H-和6H-SiC的拉曼光谱,分析了掺入的杂质对于SiC晶体拉曼光谱的影响,通过拟合n型4H-和6H-SiC晶体的LOPC模的线型得到等离子体频率,并由此从理论上计算了载流子浓度。载流子浓度的理论计算值与霍尔测量的结果符合得很好。研究结果进一步证实了对于n型4H-和6H-SiC晶体,可以通过分析LOPC模的线形来较准确地给出相关材料的载流子浓度。     

Spectral Properties of Single Crystals of Synthetic Diamond

The half-width of the spectrum of Raman scattering (RS) of the first order of a diamond single crystal grown in a nickel-free system containing nitrogen getters is identical to all growth sectors (1.69 ± 0.02 cm^–1). The sectorial inhomogeneity is not reflected in the transmission spectra and birefringence of this crystal. The nitrogen concentration is 4·10¹⁷ cm^–3. For different growth sectors of the diamond crystal grown in the Ni–Fe–C system, the half-width of the Raman line varies from 1.74 to 2.08 cm^–1, differences in the transmission spectra and birefringence are observed, and photoluminescence is revealed. The concentration of nitrogen in the growth sectors {001} is 1.6·10¹⁹ cm^–3, the content of nickel is estimated to be at a level of 10¹⁹ cm^–3, and the content of nitrogen in the {¯111} sectors is 4·10¹⁹ cm^–3.     

激光烧蚀法制备的纳米金属胶体及表面的特性研究

本文利用Nd∶YAG激光器1064nm激发光照射金、银等贵金属,通过改变激发光的照射时间,制备出各种金、银胶体。对上述胶体进行了透射电镜(TEM)测量金属粒子的尺寸大小及形态表明这些胶体为粒径介于5～25nm的纳米体系,并对该体系进行了紫外—可见—近红外吸收光谱的研究;在制备胶体的同时还获得了纳米级粗糙金属表面,对该表面进行了扫描电镜(SEM)的测量。     

单个大鼠胎肝干细胞的激光光镊喇曼光谱

激光光镊喇曼光谱系统是将激光光镊与喇曼光谱相结合的一项光学技术,可以在接近自然的生理状态下研究单个生物细胞的识别及其构成成分的检测.本文采用胶原酶消化法,分离10~21天不同孕期大鼠的胎肝干细胞和成体大鼠的肝实质细胞,应用激光光镊喇曼光谱技术检测分离到单个胎肝干细胞和肝实质细胞,以及WB-F344大鼠肝干细胞系细胞,并比较了胎肝干细胞和肝实质细胞的喇曼光谱.结果发现,13天以前孕大鼠胎肝干细胞在1 336cm-1(代表多聚核苷酸链(嘌呤))和1 446cm-1(代表蛋白的弯曲模型)处的峰依次增高,13天孕大鼠胎肝干细胞在1 336cm-1和1 446cm-1处的平均峰值最高,14天以后逐渐降低.结果表明激光光镊喇曼光谱系统可以鉴别不同孕期的胎肝细胞和成体肝实质细胞,分析胎肝干细胞的分化机理,为临床应用肝干细胞治疗奠立基础.