Modificaciones y dinámicas inducidas en la superficie de semiconductores con láseres de pulso corto y ultracorto

Resumo

El procesado de materiales con pulsos láser cortos y ultracortos se emplea para modificar de forma controlada la morfología, topografía y ciertas propiedades físicas de los materiales. La modificación superficial de semiconductores mediante pulsos láser confiere la habilidad de dar nuevas funcionalidades a los materiales. Este objetivo, hace necesario tener un conocimiento preciso de los mecanismos que tienen lugar durante la interacción de los semiconductores con los pulsos láser. En esta tesis se estudian las dinámicas de fusión y solidificación que tienen lugar durante la irradiación de los semiconductores germanio y silicio con pulsos láser cortos y ultracortos. Así mismo, se estudian ciertas modificaciones permanentes inducidas tras la irradiación con estos pulsos, como son las estructuras autoorganizadas LIPSS o la formación de una capa amorfa superficial sobre material cristalino. A través de experimentos de excitación-muestreo, se estudian las dinámicas de fusión y solidificación en germanio cristalino inducidas tras la excitación con pulsos láser cortos y ultracortos. Mediante un modelo de simulación se determinan la máxima profundidad y velocidad de avance de la capa líquida, así como la velocidad del frente de solidificación. También en germanio, se analizan las diferentes estructuras LIPSS formadas bajo la irradiación con múltiples pulsos de femtosegundos y nanosegundos. Posteriormente, se llevan a cabo estudios de irradiación con pulsos láser ultracortos en diferentes rangos espectrales desde el ultravioleta hasta el infrarrojo medio en silicio cristalino. Se determina la fluencia umbral de ablación y amorfización para cada longitud de onda de este rango espectral y se proponen los posibles mecanismos de implicados en cada región. Finalmente, con el objetivo de optimizar la profundidad de una capa de amorfa sobre silicio cristalino mediante irradiación con pulsos láser de femtosegundo se lleva a cabo un estudio sistemático de diferentes longitudes de onda, número de pulsos, fluencias y configuraciones de la muestra cubierta con una capa gruesa de óxido