Material removal on silicon towards atomic and close-to-atomic scale by infrared femtosecond laser

材料科学 等离子体 激光器 通量 飞秒 烧蚀 撞击坑 激光烧蚀 反冲 电离 原子物理学 光学 光电子学 离子 物理 工程类 航空航天工程 天文 量子力学
作者
Haojie An,Jinshi Wang,Fengzhou Fang
出处
期刊:Materials Science in Semiconductor Processing [Elsevier BV]
卷期号:158: 107368-107368 被引量:5
标识
DOI:10.1016/j.mssp.2023.107368
摘要

Ultrashort laser pulse is a widely used tool for high precision machining. However, the understanding on its minimum removal is still unclear. In this paper, single laser pulse (232 fs at 1030 nm) is used to study material removal of silicon from its (001) surface at near threshold fluence. The damage threshold, effective attenuation length, removal depth and ablation morphology are investigated systematically using atomic force microscopy. The minimum material removal of down to 1 nm is observed experimentally. A novel molecular dynamics method coupled with two temperature model is developed to reveal multiphoton ionization and explore the dynamic process. Results show that laser-induced plasma plays important role in the interaction process. The ablation crater is generated by plasma ejection and the outer rim around the crater is formed by the recoil pressure due to high pressure plasma expanding.

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