Transiente physikalische Mechanismen bei der Laserablation von dünnen Metallschichten: Bericht aus dem Lehrstuhl für Phototonische Technologien Prof. Dr.-Ing. M.Schmidt
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Bamberg
Meisenbach GmbH Verlag
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264 |
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1 EINLEITUNG 9
2 LASER-MATERIE-WECHSELWIRKUNG BE DER ABLATION VON METALLEN 13
2.1 TRANSIENTE VORGAENGE BEI DER DIREKTEN LASERABLATION
.................................
13
2.1.1 ZEITSKALEN DER
LASERABLATION.........................................................
13
2.1.2 PHOTON-ELEKTRON-PHONON-WECHSELWIRKUNG BEI METALLEN . . . . . 14
2.1.3 HETEROGENES, HOMOGENES UND 19
2.1.4 PHOTOTHERMISCHE UND PHOTOMECHANISCHE ABLATION . . . . . . . . . 20
2.2 SCHWELLWERTVERHALTEN BEI DER
LASERBESTRAHLUNG....................................... 23
2.2.1 BERECHNUNG DER SCHMELZ-UND VERDAMP . . 23
2.2.2 BESTIMMUNG DER ABLATIONSSCHWELLFLUENZ
....................................
24
2.3 ABTRAGSKENNGROESSEN BEI DER L A E RA B LA TIO N
................................................ 26
2.3.1
ABTRAGSTIEFE....................................................................................
26
2.3.2
ABTRAGSVOLUMEN...........................................................................
26
2.3.3 ABTRAGEFFIZIENZ
...........................................................................
27
2.4 LASERBESTRAHLUNG VON DUENNEN S H 28
2.4.1 DIREKTE LASERBESTRAHLUNG . . . . . . . . . 29
2.4.2
LASER-SCHOCKBEARBEITUNG...............................................................
30
2.4.3 LASERINDUZIERTER VORWAERTSTRANSFER (L IF T )
....................................
31
2.4.4 INDUZIERTE LAERABLATION,
**
LIFT-OFF* UND ,,LASER-DRIVEN FLYER* . . 32
2.4.5 ABLATION DURCH DRUCKWELLEN T RAN
SFER.......................................... 34
2.4.6 INDIREKT INDUZIERTE A B LA TIO N
......................................................... 35
2.5 MODELLE DER EINGESCHLOSSENEN ABLATION VON MOLYBDAENSCHICHTEN . . . .
. 36
2.5.1 ANALYTISCHES MODELL DER ADIABATISCHEN GASEXPANSION . . . . . . .
36
2.5.2 NUMERISCHE SIMULATION DER ULTRASCHNELLEN THERMISCHEN EXPANSION 37
3 ZIELSETZUNG DER ARBEIT 41
4 ZEITAUFGELOESTE MIKROSKOPIE 43
4.1 GRUNDPRINZIP DER ZEITAUFGELOESTEN
MIKROSKOPIE.......................................... 43
4.2 ANWENDUNGEN UND VARIANTEN DER ZEITAUFGELOESTEN MIKROSKOPIE . . . . .
. 44
4.3 BESCHREIBUNG DES ANREG-ABTAST-MIHOSKOPAUFBAUS
.................................
45
4.4 BILD- UND
SIGNALVERARBEITUNG.....................................................................
47
4.5 ANPASSUNG VON MODELLFUNKTIONEN AN REFLEXIONS-TRANSIENTEN . . . . . .
. 48
4.6 INTERPRETATION VON INTERFERENZEFFEKTEN
...................................................... 51
5 VORAUSSETZUNGEN FUER DIE EINGESCHLOSSENE LASERABLATION 57
5.1 DIINNSCHICHT-LASERABLATION MIT N S-P U LSE N
..........................................
57
5.1.1 MORPHOLOGIE DER
ABLATIONSKRATER................................................... 57
5.1.2 DER AGGREGATZUSTAND AN DER ABLATIONSCHWELLE . . . . . . . . . . 59
5.1.3 TRANSIENTE V
ORGAENGE.....................................................................
60
5.2 DIE ROLLE DER SCHICHTDICKE BEI DER LASERABLATION MIT PS-PULSEN . . .
. . . 63
5.2.1 MORPHOLOGIE DER
ABLATIONSKRATER................................................... 63
5.2. Z ABLATIONSCHWELLEN BEI DER DIREKTEN LASERABLATION . . . . . . . .
65
5.2.
*
DER UEBERGANG ZUR EINGESCHLOSSENEN LASERABLATION . . . . . . . . 66
5.3 DISKUSSION UND
ZUSAMMENFASSUNG............................................................
68
6 MECHANISMEN BEI DER DIREKTENLA^^^ 71
6.1 SCHICHTABLATION MIT M
ULTIPULSEN.......................................................... 71
6.2 VOLLSTAENDIGE SCHICHTABLATION MIT
EINZELPULSEN..................................... 72
6.3 TRANSIENTE VORGAENGE
.................................................................................
74
6.4 ZUSAMMENFASSUNG
....................................................................................
77
7 DER MECHANISMUS DER EINGESCHLOSSENEN LASERABLATION 79
7.1 DER AGGREGATZUSTAND AN DER
AUFWOELBUNGSSCHWELLE............................ 79
7.1.1 MORPHOLOGIE DER ABLATIONSKRATER VON UNTERSCHIEDLICHEN METALLEN 79
7.1.2 VERGLEICH DER GEMESSENEN UND BERECHNETEN ABLATIONS- UND AUF-
WOELBUNGSSCHWELLEN...................................................................
81
7.1.3 DIE ROLLE EINER EINGESCHLOSSENEN PHOTOMECHANISCHEN ABLATION
*
. 82
7.2 ZEITLICHER VERLAUF DER
PHASENUEBERGAENGE.............................................. 86
7.2.1 DER SCHMELZUEBERGANG VON ALUMINIUM UBER DER ABLATIONSCHWELLE 86
7.2.2 INTERPRETATION DES REFLEXIONSVERLAUFS VON MOLYBDAEN . . . . . . .
87
7.3 UNTERSUCHUNG THERMISCH INDUZIERTER
DRUCKWELLEN............................... 90
7.3.1 DRUCKWELLEN IN LUFT BEI DIREKTER
ABLATION.................................... 90
7.3.2 DRUCKWELLEN IM GLAS BEI EINGESCHLOSSENER ABLATION . . . . . . . 93
7.4 DIE MECHANISCHE BEWEGUNG DER S
CHICHT.............................................. 97
7.4.1 DAS ABLOESEN DER S
CHICHT.......................................................... 97
7.4.2 ZEITLICHER VERLAUF UND GESCHWINDIGKEIT DES AUFWOELBENS . . . . . 99
7.5 TRANSIENTE VORGAENGE BEI DER DIREKTEN UND EINGESCHLOSSENEN ABLATION .
. . 101
7.6 ZUSAMMENFASSUNG
....................................................................................
105
8 ZUSAMMENFASSUNG
107
9 CONCLUSION
111
10 LITERATURVERZEICHNIS
115
VEROEFFENTLICHUNGEN DER DISSERTATION
131
DANKSAGUNG
133
LEBENSLAUF
135
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