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Simulation assisted analysis of the ablation of thin, transparent and semiconducting films with ultrashort pulsed laser radiation = Simulationsgestützte Analyse der Ablation dünner, transparenter und halbleitender Schichten mit ultrakurz gepulster Laserstrahlung
2024 & 2025
Dissertation, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, 2024
Veröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University 2025
Genehmigende Fakultät
Fak04
Hauptberichter/Gutachter
;
Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2024-07-02
Online
DOI: 10.18154/RWTH-2024-12291
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/999714/files/999714.pdf
Einrichtungen
Projekte
Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
elastodynamics (frei) ; electron dynamics (frei) ; indium tin oxide (frei) ; simulation (frei) ; spallation (frei) ; two temperature model (frei) ; ultrashort pulsed laser ablation (frei)
Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 620
Kurzfassung
Das Abtragen dünner, transparenter halbleitender Schichten mittels ultrakurzer Laserstrahlung gewinnt durch immer kleiner werdende Strukturen in integrierten Schaltkreisen oder funktionalen Oberflächen zusehend an Bedeutung. Zur Kontrollierbarkeit des Ablationsprozesses ist ein genaues Verständnis der grundlegenden physikalischen Mechanismen unabdingbar. Vor diesem Hintergrund wird der Ablationsmechanismus dünner, transparenter halbleitender Schichten mittels ultrakurzer Laserstrahlung untersucht. Um den Einfluss der wichtigsten Laserparameter auf die Ablationsdynamik zu charakterisieren, wird ein numerisches Prozessmodell entwickelt, welches die zugrundeliegenden, physikalischen Mechanismen beschreibt. Das Modell beinhaltet die Beschreibung der sich während des Laserpulses ändernden optischen Eigenschaften über die freie Elektronendichte, die aus der absorbierten Energie resultierende Temperaturverteilung und die daraus folgende mechanische Ausdehnung. Die Lösungen werden auf Grundlage experimenteller Beobachtungen validiert. Zusätzlich wird zur Modellierung der geometrischen Form von Ablationskratern ein reduziertes Modell für Metalle dahingehend erweitert, dass ein Abtragen transparenter Halbleiter und Isolatoren ebenfalls mit experimenteller Übereinstimmung beschrieben werden können.Precise ablation of thin, transparent semiconducting layers using ultrashort laser radiation is becoming increasingly important due to the decreasing structure-size in integrated circuits or functional surfaces. An accurate understanding of the fundamental physical mechanisms is essential for the controllability of the ablation process. For this reason, the ablation mechanism of thin, transparent semiconducting layers is being investigated using ultrashort laser radiation. In order to characterize the influence of the most important laser parameters on the ablation dynamics, a numerical process model is developed which describes the underlying physical mechanisms. The model includes the description of the changing optical properties during the laser pulse via the free electron density, the temperature distribution resulting from the absorbed energy and the subsequent mechanical expansion. The solutions are validated based on experimental observations. In addition, to model the crater shape, a reduced model for metals is extended to also describe the ablation crater geometry accurately in transparent semiconductors and insulators with experimental agreement.
OpenAccess: 
PDF
(additional files)
Dokumenttyp
Dissertation / PhD Thesis
Format
online
Sprache
English
Externe Identnummern
HBZ: HT030965062
Interne Identnummern
RWTH-2024-12291
Datensatz-ID: 999714
Beteiligte Länder
Germany
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