Refractive index of multiline nanosecond laser-induced periodic surface structures and porous silicon

• Autores: José Edgar Alfonso Orjuela, D.F. Andrade-Zambrano, José Manuel Arroyo Osorio
• Localización: Revista Mexicana de Física, ISSN-e 0035-001X, Vol. 57, Nº. 6, 2011, págs. 475-480
• Idioma: inglés
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• Resumen
  • español

    Para estudiar el efecto del tratamiento con láser multilínea en la respuesta óptica del silicio, un conjunto de obleas de silicio tipo "p" monocristalino, con resistividad entre 0,01 y 0,02 (Omega)m, espesor de 525 (micro)m y orientación [111], fue irradiado con un láser Nd:YAG pulsado multilínea (1064, 532 y 355 nm) aplicando energías entre 310 y 3100 J. Un grupo de superfices fue producido utilizando soplado con gas argón, mientras que otro grupo fue fabricado en atmósfera libre. Utilizando microscopía confocal, se observó que las muestras protegidas con gas presentaron estructuras de superficie periódicas en forma de ondas con un paso promedio de 547 nm. A través de pruebas de reflectancia difusa, se confirmó que en proporción a la energía suministrada en el tratamiento láser, estas superficies reflejan entre 10% y 30% en la región UV y entre 60% y 80% en la región IR. De otro lado, las superficies tratadas en atmósfera libre presentaron estructuras y propiedades de difracción características del silicio poroso (PS). El índice de refracción de las superficies con estructuras periódicas se calculó con base en las medidas de reflectancia difusa mientras que el de las superficies tipo PS se calculó utilizando la fracción de vacios (poros) en la superficie que a su vez se determinó con el software de análisis de imágenes del microscopio confocal.

  • English

    To study the effect of multiline laser processing in the optical response of silicon, a set of p-type single-crystalline silicon wafers with 0.01 to 0.02 (Omega)m resistivity, 525 (micro)m thickness, and [111] orientation, was irradiated with a multiline Nd:YAG pulsed laser (1064, 532 and 355 nm) applying energies from 310 to 3100 J. A group of those surfaces was produced using argon gas blowing, while other group was manufactures in free atmosphere. Using confocal microscopy, it was observed that the gas-protected samples shown surface periodic structures in the form of ripples with an average pitch of 547 nm. Through diffuse reflectance tests it was determined that proportionally to the energy supplied in the laser processing, these surfaces reflect between 10% and 30% in the UV region and between 60% and 80% in the IR region. On the other hand, the free atmosphere-made surfaces presented structures and diffraction properties characteristic of porous silicon (PS). The refractive index of the surfaces with periodic structures was calculated based on the diffuse reflectance measures while that of PS surfaces was calculated using the surface voids fraction (pores) determined with the confocal microscope image analysis software.