探究激光诱导下电子-空穴对的产生率

按照基本的激光束横向传播模式，侧向分布由高斯函数描述。参数ω0是半导体表面的光腰。半导体内的光束传播由共焦长度Zsc决定。按照Beer-Lambert定律，由于光的吸收，激光强度随进入半导体内的距离呈指数式衰减。

激光诱发的电子-空穴对产生率表达式可以表示为：

式中，参数α为导体的光吸收系数；EL为激光脉冲能量；Eγ为光子的能量；T为半导体表面的能量透射系数，参数T中考虑了氧化层的干涉效应；τlas为激光脉冲宽度；z为穿越深度。

在半导体器件结构中，电路的响应时间要比激光脉冲传播的时间长得多，因此，空间和时间变化之间的耦合可以被忽略，且产生率的时间分布仅为另一重新产生脉冲的时间分布。我们认为在实验室典型的试验条件下，10 ps脉宽的脉冲能量的径向分布可以认为是高斯型的。

图2-19和图2-20给出了不同共焦长度下，脉冲激光在硅材料中产生的电离径迹结构，计算中激光波长为1.06 μm，能量为1.0 nJ，假定光束的聚焦束斑直径为1.0 μm（接近波长决定的理论极限）。从图中可以看出，脉冲激光产生的电子-空穴对径迹半径为激光束半径大小，激光诱发产生的电子-空穴对浓度最大为1×1016/cm3。应当说明的是，对数颜色刻度从视觉上夸大了光束的宽度和发散。实际上，考虑波长后，大部分能量在光束发散变得严重之前便被吸收。

计算中采用的激光电离径迹结构的计算表达式为：

图2-19　脉冲激光诱发的电子-空穴对径迹结构

图2-20　脉冲激光产生的电子-空穴对径迹结构(www.xing528.com)