一般性物理描述概述

根据量子光学理论，当光子能量大于半导体材料禁带宽度时，半导体材料吸收光子而产生电子-空穴对。当激光穿过半导体材料时，材料对激光的吸收使其光强减小。图2-18为聚焦脉冲激光束在半导体器件中的传播示意图。

图2-18　聚焦脉冲激光束在半导体器件中的传播

根据Beer（比尔）定律，激光光强随入射距离呈指数规律衰变。具体表达式为：

I=I0exp(-αX)

式中，I0为入射激光在器件表面处的光强；α（cm-1）为硅材料对激光的吸收系数，在距离表面X深处，激光光强为I；如果硅材料吸收一个光子时的电子-空穴对产额为m，那么在激光传输路径上单位长度上产生的电子-空穴对数为：

G=(hv)-1mI0αexp(-αX)

式中，G的单位为电子-空穴对数/cm，由于硅材料表面的反射，并非所有入射激光进入材料。设硅表面对激光的反射率为R0，则：

G=(hv)-1m（1-R0）I0αexp（-αX）

对硅-空气界面而言，硅的折射率为n=3.42，空气的折射率为n=1，那么硅表面对激光的反射率为0.3。对波长为 1 064 μm的激光而言，其光子能量为1.17 eV，该能量大于硅材料禁带宽度能量 1.12 eV。硅材料产生电子-空穴对需吸收能量为 3.6 eV，故硅材料吸收一个光子时的电子-空穴对产额为1/（3.6/1.17）=1/3.08。(www.xing528.com)

在脉冲激光能量等效重离子LET值的理论计算中，认为激光和重离子在传输路径单位距离上产生的电子-空穴对数目是相同的，并且脉冲激光光子能量大于半导体的禁带宽度。如果脉冲激光的能量是J［单位为焦耳（J），1 MeV=1.6×10-13 J］，器件表面的反射系数为R，则进入硅材料中的能量为：

根据Beer定律，则可推出脉冲激光能量等效重离子LET值理论计算公式为：

LET=K(1-R)Jαexp(-αX)/(hν)

式中，K=6.25×1012 m/ρ，其中ρ为硅材料密度。

如果脉冲激光能量略大于半导体的禁带宽度，吸收系数基本不随入射深度变化，则脉冲激光能量等效重离子LET值计算的简化公式为：

结合重离子试验数据进行修正，得出对于波长为1.06 μm脉冲激光，脉冲能量等效重离子LET的关系式为：1 nJ=56 MeV·cm2/mg；对于波长为1.079 μm的脉冲激光，其能量等效重离子LET的关系式为：1 nJ=36 MeV·cm2/mg。