ПРЕДАБЛЯЦИОННАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ И РЕШЕТОЧНАЯ ДИНАМИКА ПОВЕРХНОСТИ КРЕМНИЯ, ВОЗБУЖДЕННОЙ ФЕМТОСЕКУНДНЫМ ЛАЗЕРНЫМ ИМПУЛЬСОМ
Ионин А.А., Кудряшов С.И., Селезнев Л.В., Синицын Д.В., Леднев В.Н., Першин С.М.

Поступила в редакцию: 11 Марта 2015

DOI: 10.7868/S0044451015110024

DJVU (418K)

PDF (1588.6K)

Исследования оптического отражения с временным разрешением на поверхности кремния, возбужденной одиночными фемтосекундными лазерными импульсами ниже и вблизи порога плавления материала, показывают быструю (менее 10 пс) оже-рекомбинацию фотогенерированной электрон-дырочной плазмы с одновременным переносом энергии в решетку. Акустическая релаксация возбужденного поверхностного слоя указывает (в согласии с литературными данными) на характерную глубину вложения энергии лазерного излучения около 150 нм, что связывается с прямым линейным поглощением лазерного излучения в фотовозбужденном материале вследствие уменьшения ширины зонной щели. Температура поверхности, зондируемая с временным разрешением на временах около 100 пс по термомодуляции отражения пробного излучения и по интегральной непрерывной тепловой эмиссии поверхности, увеличивается с ростом плотности энергии излучения, способствуя степенному росту флуоресценции сублимированных атомов кремния, причем оценки температуры поверхности вблизи порога пикосекундного плавления материала показывают его существенный (порядка 20 %) перегрев по отношению к температуре равновесного плавления. Выше порога плавления отмечается быстрое уменьшение задержки формирования расплава материала (от десятков пикосекунд до долей пикосекунды) с ростом плотности энергии лазерного излучения и соответствующей температуры поверхности. На временах акустической релаксации поглощающего слоя и даже позднее временная модуляция оптического отражения материала демонстрирует акустические реверберации с нарастающим периодом, связанные с нуклеацией зародышей расплава в материале.