【摘 要】
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飞秒激光是目前在微纳加工领域可使用的最短脉冲激光,它具有的超高的瞬时功率、超短脉冲使其可以进行冷加工,超高精度使其可以加工微纳级别的样品,在物理学、生物学、化学控制反应、光通讯、医学等领域都有不可替代的作用。而二氧化锡是一种重要的半导体材料,在气敏、催化等方面具有众多优异的特性。本文将从仿真模拟和实验验证两个方面研究飞秒激光直写二氧化锡微纳结构:一、通过理论和仿真模拟来分析飞秒激光直写二氧化锡的过
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飞秒激光是目前在微纳加工领域可使用的最短脉冲激光,它具有的超高的瞬时功率、超短脉冲使其可以进行冷加工,超高精度使其可以加工微纳级别的样品,在物理学、生物学、化学控制反应、光通讯、医学等领域都有不可替代的作用。而二氧化锡是一种重要的半导体材料,在气敏、催化等方面具有众多优异的特性。本文将从仿真模拟和实验验证两个方面研究飞秒激光直写二氧化锡微纳结构:一、通过理论和仿真模拟来分析飞秒激光直写二氧化锡的过程。从能量传递的角度分析了飞秒激光作用在氯化亚锡溶凝胶薄膜上生成二氧化锡的可行性,然后建立并优化了飞秒激光双温模型,利用有限元分析法模拟了飞秒激光与物质相互作用时电子和晶格的温度变化,仿真模拟表明,电子温度在激光作用200 fs左右达到峰值7325 K并迅速下降,晶格温度在4.3 ps左右达到峰值967 K并与电子趋于平衡。在0.4 ns左右,下一个激光脉冲还未作用时,整个系统已经回到室温。飞秒激光多脉冲作用过程是快速升降温的循环过程。二、通过飞秒激光直写实验制备二氧化锡微纳结构。首先,利用飞秒激光作用于氯化亚锡溶凝胶薄膜,成功制备出1μm二氧化锡线条,并利用SEM、XPS、微区XRD、高分辨TEM等多重手段进行了表征。随后,设计制备二氧化锡微纳器件,并对其进行了电学性能测试、气敏性能测试和光电性能测试。制备的二氧化锡微纳器件可以导通,加载1伏电压时电流在10-8安量级;对10 ppm硫化氢气体响应值为1.6,响应速度较快,在10秒左右,恢复时间为100秒;对紫外光响应和恢复都在一分钟以上,具有重复性。
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