Поглинання та релаксація енергії лазерного випромінювання в речовині (огляд)
Анотація
Детально розглядається кожен з етапів взаємодії лазерного випромінювання з поверхнею поглинаючого середовища. Спочатку аналізуються процеси, що відбуваються всередині як електронної, так і фононної підсистем, потім імпульсне лазерне збудження та релаксація електронної підсистеми. Вважається, що внутрішньозонна релаксація по енергії в електронній підсистемі в режимі високого рівня збудження відбувається за час порядку часу електрон-електронної релаксації τе-е. Внаслідок цього вся енергія лазерного імпульсу, що поглинається за час порядку τе-е , залишається всередині плазмонної підсистеми напівпровідника і термолізується. Розподіл електронів та дірок по енергіях залишається тепловим та характеризується однаковими значеннями температур електронів (Te) та дірок (Th ). При цьому Te = Th = Tc. Величина Tc залежить від концентрації nc і при nc=1021 см-3 може досягати значень порядку 104 К.
Посилання
1. Wenger E.F., Semchuk O.Yu., Havryliuk O.O. Lazer-indukovani nanostruktury v tverdykh tilakh. (Kyiv: Akademperiodyka, 2016). [in Ukrainian].
2. Koroteev N.I., Shumay I.L. Fizika moshchnogo lazernogo izlucheniya. (Moscow: Nauka, 1991). [in Russian].
3. Akhmanov S.A., Emel'yanov V.I., Koroteev N.I., Seminogov V.N. Interaction of powerful laser radiation with the surfaces of semiconductors and metals: nonlinear optical effects and nonlinear optical diagnostics. Sov. Phys. Usp. 1985. 28: 1084. https://doi.org/10.1070/PU1985v028n12ABEH003986
4. Libeson M.N., Yakovlev E.B., Shandybina G.D. Vzaimodeystviye lazernogo izlucheniye s veshchestvom (silovaya optika). Part II. Lazernyy nagrev i razrusheniye materialov. (St. Petersburg: NIU ITMO, 2014). [in Russian].
5. Samokhin A.A. Fazovyye perekhody pervogo roda pri deystvii lazernogo izlucheniya na pogloshchayushchiye kondensirovannyye sredy. Trudy IOFAN. 1988. 13: 3. [in Russian].
6. Makarov S.V. Ph.D. (Phys.-Math.) Thesis. (Moscow, 2014). [in Russian].
7. Yoffa E.J. Dynamics of dense laser-induced plasmas. Phys. Rev. B. 1980. 21: 2415. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.21.2415
8. Kaganov M.I., Lifshitz I.M., Tanatarov L.V. Relaxation between Electrons and the Crystalline Lattice. J. Exp. Theor. Phys. 1957. 4(2): 173.
9. Eesley G.L. Observation of nonequilibrium electron heating in copper. Phys. Rev. Lett. 1983. 51: 2140. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.51.2140
10. Jacobini G., Canali G., Ottaviani G., Alberidi A. A review of some charge transport properties of silicon. Sol. State Electron. 1977. 20(2): 77. https://doi.org/10.1016/0038-1101(77)90054-5
11. Conwell E., Vassell M. High-field distribution function in GaAs. IEEE Trans. Electron Devices. 1966. 13(1): 22. https://doi.org/10.1109/T-ED.1966.15630
12. Tang C.L., Erskine D.J. Femtosecond relaxation of photoexcited nonequilibrium carriers in AlxGa1−xAs. Phys. Rev. Lett. 1983. 51(9): 840. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.51.840
13. Keldysh L.V. Electron-hole Drops in Semiconductors. Sov. Phys. Usp. 1970. 13: 292. https://doi.org/10.1070/PU1970v013n02ABEH004239
14. Rice T., Hensel J., Philips T., Thomas G. The Electron-Hole Liquid in Semiconductors. (Moscow: Mir, 1980). [in Russian].
15. Ulbrich R.G., Narayanamurts V., Chin M.A. Propagation of large-wave-vector acoustic phonons in semiconductors. Phys. Rev. Lett. 1980. 45(17): 1432. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.45.1432
16. Challis L. Phonon Scattering in Solids. (N.Y.: Plenum Press, 1976). https://doi.org/10.1007/978-1-4613-4271-7
17. Von der Linde D., Kuhl J., Klingerberg H. Raman Scattering from Nonequilibrium LO Phonons with Picosecond Resolution. Phys. Rev. Lett. 1980. 44(23): 1505. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.44.1505
18. Greenstein M., Tamor M.A., Walfe J.P. Time-resolved images of electron-hole droplets produced by intense pulsed-laser excitation of germanium. Sol. State Commun. 1983. 45(4): 355. https://doi.org/10.1016/0038-1098(83)90895-5
19. Gibbon J.F., Hess L.D., Sigmon T.W. Laser and electron beam solid interactions and materials processing. (N.Y.: North-Holland, 1981).
20. Anderson C.L., Cellar G.K., Rozgonyi G.A. Laser and electron beam processing of electronic materials. (Princeton: ECS Inc., 1980).
21. Wood R.F., Gi1es G.E. Macroscopic theory of pulsed-laser annealing. I. Thermal transport and melting. Phys. Rev. B. 1981. 23(6): 2923. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.23.2923
22. Wood R.F., Kikpatrick J.R., Gi1es G.E. Macroscopic theory of pulsed-laser annealing. II. Dopant diffusion and segregation. Phys. Rev. B. 1981. 23(10): 5555. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.23.5555
23. Orbach R. Phonon breakdown. IEEE Transactions on Sonics and Ultrasonics. 1967. 14(3): 140. https://doi.org/10.1109/T-SU.1967.29425
24. Ziman J. Printsipy teorii tverdogo tela. (Moscow: Mir, 1974). [in Russian].
25. Compaan A., Lo H.W., Lee M.C, Aydinli A. Time-reversal invariance and raman measurements of phonon populations under nonequilibrium conditions. Phys. Rev. B. 1982. 26(2): 1079. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.26.1079
26. Van Vechten I.A. Laser and electron beam interaction with solids. (Amsterdam: North-Holland, 1982).
27. Akhmanova S.A., Khaibullina I.B., Galyautdinova M.F., Koroteeva N.I., Paytyana G.A., Shtyrkova E.I., Shumai I.L. Second harmonic generation during laser annealing of the surface of gallium arsenide. Sov. J. Quantum Electron. 1983. 13(6): 687. https://doi.org/10.1070/QE1983v013n06ABEH004269
28. Shank C.V., Yen R., Hir1imann C. Time-resolved reflectivity measurements of femtosecond-optical-pulse-induced phase transitions in silicon. Phys. Rev. Lett. 1983. 50(6): 454. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.50.454
29. Shank C.V., Yen R., Hir1imann C. Femtosecond-time-resolved surface structural dynamics of optically excited silicon. Phys. Rev. Lett. 1983. 51(10): 900. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.51.900
30. Suslov I.M. Possible mechanism for laser annealing. JETP Letters. 1984. 39(12): 670.
31. Yemelyanov V.I. Nelineyno-opticheskaya deformatsiya akusticheskoy podsistemy i sverkhbystroye plavleniye poverkhnosti poluprovodnikov moshchnymi korotkimi lazernymi impul'sami. (Moscow: Preprint fizicheskogo fakul'teta MGU N 5, 1985). [in Russian].
