飞秒激光作用下薄膜的热力学研究

任乃飞; 顾佳方; 许美玲; 罗艳; 江杰; 陈秋月

doi:10.3969/j.issn.1001-3806.2010.O5.036

高级检索

ISSN 1001-3806CN 51-1125/TN 网站地图

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

飞秒激光作用下薄膜的热力学研究

任乃飞 , 顾佳方 , 许美玲 , 罗艳 , 江杰 , 陈秋月

文章导航 > 激光技术 > 2010 > 34(5): 708-711

引用本文:

Citation:

飞秒激光作用下薄膜的热力学研究

1.
江苏大学, 机械工程学院, 镇江, 212013

作者简介: 任乃飞(1964- ),男,教授,博士生导师,主要从事激光冲击强化、逆向工程与快速制造技术、数字网络化制造、光子制造与测试等方面的研究工作.E-mail:rnf@ujs.edu.cn.

中图分类号: O484.2

Research of thermodynamics in thin film irradiated by femtosecond laser

1.
School of Mechanical Engineering, Jiangsu University, Zhenjiang 212013, China
CLC number: O484.2

摘要: 为了描述飞秒激光与金属薄膜相互作用过程中的非平衡传热现象,采用有限差分的方法对金属薄膜内的温度场进行了1维数值模拟。对双温模型中电子-晶格耦合系数G、激光脉宽和电子的弹道运动等因素对金属薄膜表层电子和晶格温度的影响进行了理论分析。结果表明,G影响材料表面电子的温升,电子和晶格温度平衡时的延迟时间随着G的增大而减小,二者呈指数变化关系。这一结果对改善半导体元件中薄膜的温升是有帮助的。
- 超快光学 /
- 非平衡 /
- 双温模型 /
- 金属薄膜
Abstract: To describe the non-equilibrium phenomenon in interaction between the metal thin film and femtosecond laser, the temperature field of metal film was simulated by means of finite-difference method. The effects of electron-lattice couple coefficient G,pulse width and electrical ballistic contribution on surface temperature of metal film were analyzed.The results show that G determines the surface temperature rising rate and electron-lattice couple time decreases exponentially with the increase of G.The result is helpful to improve the temperature rise of thin films in the semiconductor.
- ultrafast optics /
- non-equilibrium /
- double-temperature function /
- metal film

[1]	GAO L,HUA Y Q,CHEN R F.Preparation and structure characterization of Cu films deposited on glass substrates by D.C.magnetron sputtering[J].Microfabrication Technology,2008(3):21-24(in Chinese).
[2]	ANISIMOV S I,KAPELIOVICH B L,PERELMAN T L,et al.Electron emission from metal surfaces exposed to ultrashort laser pulses[J].Soviet Physics,1974,39:375-37.
[3]	WANG Z J,JIA W,NI X Ch,et al.Numerical Simulation of the heat affected zone of Nickel ablated with femtosecond laser[J].Laser Technology,2007,31(6):578-580(in Chinese).
[4]	DENG S H,TAO X Y,LIU M P,et al.Thermal analysis of metal ablation by means of femtosecond-to-nanosecond laser pulses[J].Laser Technology,2007,31(1):4-7(in Chinese).
[5]	CHICHKOV B N,MOMMA C,NOLTEET S,et al.Femtosecond,picosecond and nanosecond laser ablation of solids[J].Appl Phys,1996,A63(2):109-115.
[6]	SCHAFER C,URBASSEK H M.Metal ablation by picosecond laser pulses:a hybrid simulation[J].Phys Rev,2002,B66(11):115404/1-1154404/8.
[7]	QIU T Q,TIEN C L.Femtosecond laser heating of multi-layer metals-I.Analysis[J].International Journal of Heat and Mass Transfer,1994,37(17):2789-2797.
[8]	HOHLFELD J,WELLERSHOFF S S,GÜDDE J,et al.Electron and lattice dynamics following optical excitation of metals[J].Chenrical Physics,2000,251(1/3):237-258.
[9]	CHEN Y,XIAO Ch.Femtosecond laser processing[J].Laser and Optronics Progress,2001(3):53-57(in Chinese).
[10]	ELSAYED-ALI H E,NORRIS T B,PESSOT M A,et al.Time-resolved observation of electron-phonon relaxation in copper[J].Phys Rev Lett,1987,58(12):1212-1215.
[11]	LIAO Ch R.Theoretical and experimental studies on femtosecond laser micromachining of metals[D].Wuhan:Huazheng University of Science and Technology,2007:1-49(in Chinese).
[12]	WANG H.Experimental investigation on ultrafast electron dynamics properties of Ni80Fe20 thin films[D].Zhenjiang:Jiangsu University,2007:51-60(in Chinese).

[1]	王志军 , 贾威 , 倪晓昌 , 彭志农 , 杨丽 , 王清月 . 飞秒激光烧蚀金属镍热影响区的数值模拟. 激光技术, 2007, 31(6): 578-580.
[2]	韩飞 , 闫寒 , 周海波 , 王琼娥 . 超短激光脉冲序列烧蚀镍薄膜的研究. 激光技术, 2013, 37(4): 478-482. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2013.04.014
[3]	邓素辉 , 陶向阳 , 刘明萍 , 周彩玉 . 飞秒-纳秒脉冲激光烧蚀金属热效应分析. 激光技术, 2007, 31(1): 4-7.
[4]	田润妮 , 王俊波 , 邱荣 , 周强 , 蒋勇 , 杨永佳 . 纳秒和飞秒激光烧蚀单晶硅的超快诊断. 激光技术, 2015, 39(6): 765-768. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2015.06.007
[5]	肖海兵 , 张庆茂 , 谭小军 , 周泳全 , 张卫 , 罗博伟 . 碳化硅陶瓷超快激光双光束精密抛光技术研究. 激光技术, 2024, 48(2): 180-187. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2024.02.006
[6]	张建忠 . 超短光脉冲的频率分辨光学开关法测量研究. 激光技术, 2008, 32(2): 194-197.
[7]	游牧 , 赵卫 , 程光华 , 邹快盛 . 光敏玻璃在飞秒激光作用下的析晶. 激光技术, 2006, 30(1): 40-42,46.
[8]	陈碧芳 , 刘天夫 . 基于SPIDER法测量飞秒脉冲的数值计算与模拟. 激光技术, 2006, 30(1): 13-15.
[9]	常青 , 杨冬晓 , 王亮 , 王英 . 大孔径光导天线技术产生太赫兹波的研究. 激光技术, 2006, 30(6): 574-577.
[10]	梁德志 , 王敏 , 杜晨林 , 伍晓宇 . 飞秒激光背部湿刻石英玻璃微通道的研究. 激光技术, 2017, 41(2): 174-177. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2017.02.005
[11]	夏胜全 , 吕学超 , 王晓波 , 何建军 , 王巍 , 窦政平 . 飞秒激光测量微纳材料热物性参量研究进展. 激光技术, 2016, 40(4): 506-511. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2016.04.011
[12]	邹华 , 朱卫华 , 吴坚 , 吴建伟 , 王国栋 . 达曼类滤波器的飞秒脉冲整形技术. 激光技术, 2009, 33(4): 374-376,380. doi: 10.3969/j.issn.1001-3806.2009.04.011
[13]	刘文军 , 李华军 , 曲士良 , 陈相君 . 飞秒激光脉冲的腔外压缩. 激光技术, 2007, 31(6): 665-667,670.
[14]	李纲 , 卢峰 , 朱斌 , 吴玉迟 , 谷渝秋 . 波前像差对超短飞秒激光脉冲聚焦特性的影响. 激光技术, 2020, 44(1): 14-19. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2020.01.003
[15]	董军 , 彭翰生 , 魏晓峰 , 胡东霞 , 周维 , 赵军普 , 程文雍 , 刘兰琴 . 线性啁啾脉冲频谱干涉特性的模拟研究. 激光技术, 2009, 33(3): 232-235.
[16]	尚艳丽 , 陈海滨 , 洪治 . 飞秒激光直写铒镱玻璃波导激光器的优化设计. 激光技术, 2009, 33(3): 279-282.
[17]	杨玲珍 , 王云才 , 陈国夫 , 王屹山 , 赵卫 . 1053nm超短脉冲光纤激光的产生. 激光技术, 2007, 31(6): 610-612.
[18]	陈碧芳 , 刘天夫 . 飞秒脉冲干涉自相关修正光谱的啁啾特性. 激光技术, 2007, 31(6): 587-589,592.
[19]	贺虎成 , 杨玲珍 , 王云才 . 利用非线性偏振旋转锁模技术产生0.7nJ, 1.5ps光脉冲. 激光技术, 2007, 31(1): 77-79.
[20]	陈碧芳 , 刘天夫 . 用干涉自相关包络宽度测量超短激光脉冲啁啾. 激光技术, 2010, 34(6): 851-854. doi: 10.3969/j.issn.1001-3806.2010.06.035

点击查看大图

计量

文章访问数: 4034
HTML全文浏览量: 690
PDF下载量: 263
被引次数: 0

飞秒激光作用下薄膜的热力学研究

作者简介: 任乃飞(1964- ),男,教授,博士生导师,主要从事激光冲击强化、逆向工程与快速制造技术、数字网络化制造、光子制造与测试等方面的研究工作.E-mail:rnf@ujs.edu.cn

1. 江苏大学, 机械工程学院, 镇江, 212013

收稿日期: 2009-09-22
录用日期: 2009-12-22
网络出版日期: 2010-09-25

关键词:

摘要: 为了描述飞秒激光与金属薄膜相互作用过程中的非平衡传热现象,采用有限差分的方法对金属薄膜内的温度场进行了1维数值模拟。对双温模型中电子-晶格耦合系数G、激光脉宽和电子的弹道运动等因素对金属薄膜表层电子和晶格温度的影响进行了理论分析。结果表明,G影响材料表面电子的温升,电子和晶格温度平衡时的延迟时间随着G的增大而减小,二者呈指数变化关系。这一结果对改善半导体元件中薄膜的温升是有帮助的。