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Single Femtosecond Laser-Pulse-Induced Superficial Amorphization and Re-Crystallization of Silicon

  • Superficial amorphization and re-crystallization of silicon in <111> and <100> orientation after irradiation by femtosecond laser pulses (790 nm, 30 fs) are studied using optical imaging and transmission electron microscopy. Spectroscopic imaging ellipsometry (SIE) allows fast data acquisition at multiple wavelengths and provides experimental data for calculating nanometric amorphous layer thickness profiles with micrometric lateral resolution based on a thin-film layer model. For a radially Gaussian laser beam and at moderate peak fluences above the melting and below the ablation thresholds, laterally parabolic amorphous layer profiles with maximum thicknesses of several tens of nanometers were quantitatively attained. The accuracy of the calculations is verified experimentally by high-resolution transmission electron microscopy (HRTEM) and energy dispersive X-ray spectroscopy (STEM-EDX). Along with topographic information obtained by atomic force microscopy (AFM), a comprehensiveSuperficial amorphization and re-crystallization of silicon in <111> and <100> orientation after irradiation by femtosecond laser pulses (790 nm, 30 fs) are studied using optical imaging and transmission electron microscopy. Spectroscopic imaging ellipsometry (SIE) allows fast data acquisition at multiple wavelengths and provides experimental data for calculating nanometric amorphous layer thickness profiles with micrometric lateral resolution based on a thin-film layer model. For a radially Gaussian laser beam and at moderate peak fluences above the melting and below the ablation thresholds, laterally parabolic amorphous layer profiles with maximum thicknesses of several tens of nanometers were quantitatively attained. The accuracy of the calculations is verified experimentally by high-resolution transmission electron microscopy (HRTEM) and energy dispersive X-ray spectroscopy (STEM-EDX). Along with topographic information obtained by atomic force microscopy (AFM), a comprehensive picture of the superficial re-solidification of silicon after local melting by femtosecond laser pulses is drawn.zeige mehrzeige weniger

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Metadaten
Autoren/innen:Camilo Florian, Daniel Fischer, K. Freiberg, M. Duwe, Mario Sahre, S. Schneider, Andreas Hertwig, Jörg Krüger, M. Rettenmayr, Uwe Beck, A. Undisz, Jörn Bonse
Dokumenttyp:Zeitschriftenartikel
Veröffentlichungsform:Verlagsliteratur
Sprache:Englisch
Titel des übergeordneten Werkes (Englisch):Materials
Jahr der Erstveröffentlichung:2021
Organisationseinheit der BAM:6 Materialchemie
6 Materialchemie / 6.2 Grenzflächenprozesse und Korrosion
6 Materialchemie / 6.7 Oberflächenmodifizierung und -messtechnik
Veröffentlichende Institution:Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM)
Verlag:MDPI AG
Verlagsort:Basel, Switzerland
Jahrgang/Band:14
Ausgabe/Heft:7
Erste Seite:1651-1
Letzte Seite:1651-21
DDC-Klassifikation:Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / Ingenieurwissenschaften / Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / Ingenieurwissenschaften / Angewandte Physik
Freie Schlagwörter:Amorphization; Crystallization; Femtosecond laser; Silicon; Spectroscopic imaging ellipsometry
Themenfelder/Aktivitätsfelder der BAM:Energie
Material
Energie / Erneuerbare Energien
Material / Materialdesign
DOI:https://doi.org/10.3390/ma14071651
URN:urn:nbn:de:kobv:b43-523687
URL:https://www.mdpi.com/1996-1944/14/7/1651
ISSN:1996-1944
Verfügbarkeit des Dokuments:Datei für die Öffentlichkeit verfügbar ("Open Access")
Lizenz (Deutsch):License LogoCreative Commons - CC BY - Namensnennung 4.0 International
Datum der Freischaltung:31.03.2021
Referierte Publikation:Ja
Datum der Eintragung als referierte Publikation:12.04.2021
Schriftenreihen ohne Nummerierung:Wissenschaftliche Artikel der BAM