激光激励下微半导体结构的振动研究

随着光热技术的迅猛发展和微半导体结构在微电子机械系统中的广泛应用，对光热作用下微半导体结构的振动机理的研究已显得日益重要。本项目拟采用理论与实验相结合的方法，对调制激光激励下微半导体结构的振动进行研究。实验上，采用基于外差干涉原理的高分辨率"热弹性显微镜"装置和谱分析仪对不同结构的微半导体器件（梁、板、膜等）的振动响应进行测量；理论上，拟采用非扩散型等离子波、非扩散型热波和弹性波耦合的数学模型来描述光热作用的物理过程。通过对理论模拟结果和实验测量结果的比较，对拟采用的模型进行进一步的修正，以期获得高频激光激励下微半导体结构振动的数学模型，从而准确描述该物理过程。本项目不仅是对激光激励下结构振动的机理的完善，且对微半导体器件的研制和开发提供理论支持。

随着光热技术的迅猛发展和微半导体结构在微电子机械系统中的广泛应用，对光热作用下微半导体结构的振动机理的研究已显得日益重要。本项目采用非扩散型等离子波、非扩散性热传导和弹性理论，对半导体微结构在调制激光激励下的振动问题进行了研究，给出描述在高频激励下微结构在共振频率附近的振动模型，考虑了不同热源（热化热源、体复合热源和表面复合热源）对振动的影响，研究发现在高频激光激励下半导体结构中的体复合和表面复合热源对振动的影响很大；运用基于外差干涉原理的高分辨率“热弹性显微镜”装置，对微结构的振动响应进行实验上的测量，得到了悬臂梁型和板型半导体单层结构、带不同厚度金属涂层的双层结构以及AFM针尖在均布和聚焦激光激励下的微小振动响应; 运用数值方法对问题进行数值模拟，对于微悬臂梁型结构，运用了一维模型进行了模拟，通过与试验结果的比较，发现所采用模型能够很好的描述实际的物理现象，对于三维结构，运用了格林函数法，得到了不同激励下的载流子浓度、温度和振动响应，从物理上对光热激励下微结构的振动机理的本质进行解释。通过本项目的研究，不仅对激光激励下结构振动的机理进行了完善，且对微半导体器件的研制和开发提供了理论支持，目前本项目已顺利完成，本项目取得的主要成果体现在以下几个方面：（1）给出了描述高频激光激励下半导体结构振动响应的理论模型；（2）实验得到了高频激光激励下微结构（单层半导体结构、带涂层半导体结构及AFM针尖）的振动响应，包括其高阶模态响应；（3）得到了求解耦合的等离子波、热波和弹性波在不同光源下振动的一维解析解；（4）得到了求解三维光热弹性问题在不同光源下振动的三维格林函数解；（5）得到了在半导体介质中热弹性波的反射系数率；（6）解释了激光引起半导体结构振动的物理机理。以上主要研究工作，有四篇发表在国际著名期刊上（JAP, IJSS等，均被SCI检索），一篇发表在国内核心期刊上，一篇会议论文已在国际会议上做了交流，另有两篇国际会议论文计划于2013年参会交流，目前还有两篇研究论文在审稿中，后续的研究工作还在继续，期望能以研究论文的形式发表。另在本项目研究过程中，培养研究生三名。.通过本项目的研究，不仅对激光激励下微结构的振动机理有了深入的了解，同时发现微结构的高阶模态响应具有更高的灵敏性，可用于更高分辨率传感器的探索研究，而且微结构的涂层影响、环境影响也是需要深入进行的研究课题。