《液體中雷射與矽的相互作用及形成的特異矽結構研究》是依託南京大學，由陳曉原擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：液體中雷射與矽的相互作用及形成的特異矽結構研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：陳曉原
- 依託單位：南京大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
申請人前期的研究表明，準分子雷射在水中輻照矽時能夠導致如下的幾個效應：在矽表面形成微米尺度的、自組織的、規則的六方矽點陣結構或微米-亞微米尺度的海綿狀高度多孔結構；在液體中能形成高度分散、均勻的、尺度在3納米左右的晶態及非晶態矽量子點，該量子點能出現強烈的光致藍光發射。這些研究表明在液體中用雷射輻照固體能產生特異的物理和化學條件，導致某些特異矽結構的產生。本項目將繼續以上的研究並闡明其中的物理機制，以實現對點陣周期、多孔結構以及矽量子點尺寸、結晶態等的控制，研究所得到多孔矽表面結構以及矽量子點的光學及光電性質；並將在液體中引入含硫化學物質，以探索由此所導致的矽硫之間的表面化學反應形成黑矽的可能性和條件。考慮到雷射在液體中輻照矽時在矽表面所形成的特異高溫、高壓及超高淬火速率條件，這些研究可能導致新的矽物相的發現。
結題摘要
本項目研究了準分子雷射(波長為248nm、脈衝寬度為30ns)在水溶液及真空中輻照矽及其薄膜等所發生的物理化學效應及其可能的套用。主要研究結果有如下四個方面。（1）發現雷射輻照在矽表面能形成相當規則的六方點陣結構，該結構不能在真空和氣體中形成，對這種結構的形成過程進行了實驗研究，理論上提出表面的Rayleigh-Taylor失穩是這種結構的形成機制；（2）發現雷射能在單晶矽表面以及矽薄膜中形成海綿狀的多孔結構，研究了該結構的形成過程，說明該結構的形成機制同樣可以用上述的Rayleigh-Taylor失穩來解釋；（3）液體中雷射燒蝕能在液體中形成矽納米顆粒和量子點，發現液體的高度對顆粒的大小及分散性有顯著的影響，闡明了其中納米顆粒形成過程所涉及的物理機制，特別是提出影響納米顆粒成核及生長的氣泡動力學機制，發現了晶態矽納米棒的高強度和長時間藍光發射現象以及非晶態矽量子點的缺乏光致發光現象，提出所得到的矽量子點可能具有六配位的金屬矽結構而非通常的四配位半導體矽結構；(4)研究了在真空或氣氛環境中雷射燒蝕固體表面所導致的尖錐結構的形成機制問題，實驗揭示了應力在尖錐體的形成中的作用，提出應力作用下的蒸發和燒蝕是尖錐體形成的基本機制，即所謂的Asaro-Tiller-Grinfeld(ATG)失穩機制。
