硅中超短激光诱导微爆炸点的显微 Raman 光谱研究

由强超短激光脉冲在硅中引发的受限微爆炸可导致新的 Si 相。其中一些相在此前通过近平衡压缩硅的实验中从未被观察到。在本研究中，我们对微爆炸阵列进行了共焦 Raman 显微光谱和 Raman 成像，以寻找这些新型硅同素异形体的 Raman 特征。微爆炸产生于厚二氧化硅约束层与底层硅之间的界面处。其特征是在压缩硅区域上方的界面处存在一个空洞。Raman 数据显示改性硅内部包含丰富的硅相组合。通过主金刚石立方 Si Raman 峰的频移，确定了改性区域中高达 4.5 GPa 的残余应力。多种 Si 同素异形体的计算 Raman 光谱与实验光谱显示出合理的一致性。两种结构相似的四方相硅（菱方 r8 相和体心 bc8 相）以及近期鉴定的 bt8-Si 相，都极有可能包含在许多激光改性点的 Raman 光谱中。尽管先前在我们对高压缩应力激光改性区域的电子衍射研究中曾观察到 st12-Si 相，但未能从 Raman 数据中可靠地鉴定出该相，我们认为这可能是由于电子衍射和 Raman 光谱所分析的点位处的残余应力水平存在差异。还观察到了其他几个未鉴定的 Raman 峰，表明存在其他未知的硅相。所有这些硅相预计都具有吸引人的半导体特性，包括窄带隙，从而开辟新的应用前景。