Fabricación de redes de difracción sobre silicio monocristalino con láser pulsado multilinea de Nd – YAG

Abstract

En este trabajo se fabricaron redes de difracción sobre silicio monocristalino utilizando un láser pulsado multilínea de Nd:YAG (con longitudes de onda de emisión 1064, 532 y 355 nm, con energías de 900, 450 y 200 mJ, tiempos de emisión de 6 y 5 ns, respectivamente). Para encontrar parámetros óptimos de fabricación, se irradiaron muestras de 1 cm2 de silicio monocristalino tipo p (resistividad de 0.01-0.02 Ohm, 525 μm de espesor y con orientación [111]) con diferentes dosis de pulsos láser, desde 200 hasta 2000, bajo condiciones experimentales con y sin asistencia de argón; todo ello con el fin de estudiar el efecto que tienen los parámetros de fabricación sobre la respuesta óptica del silicio tratado con láser y encontrar los parámetros óptimos para la fabricación de redes de difracción. La caracterización de la topografía se realizó a través de microscopia láser confocal con la que se observó la formación de redes con una constante de red del orden de los 530 nm cuando se asistió con flujo de gas; también, en las redes obtenidas, se calcularon índices de refracción desde 1,6 hasta 3,0, en el intervalo de longitudes de onda de 200 a 700 nm y espesores de 1 a 4 μm. Además, de los estudios de reflectancia de las muestras se pudo establecer que las redes de difracción fabricadas reflejan desde el 10 al 30% en la región del UV y desde 60 a 80% en el IR, siendo estos valores porcentuales una función de la energía suministrada a la oblea de Si. De igual manera, se determinó que la reflectancia de las redes está relacionada con su espesor. Por otro lado, se encontró que cuando se irradian muestras sin asistencia de gas, se generan superficies que se pueden estudiar como silicio poroso. Este trabajo, junto con el análisis anterior, permite concluir que para obtener redes de reflexión es necesaria la asistencia de gas y una dosis de 600 a 1400 pulsos. / Abstract. In this paper, were make diffraction gratings on monocrystalline silicon using a pulsed multiline Nd: YAG laser (wavelengths at 1064, 532 and 355 nm, energy 900, 450 and 200 mJ, emission times of 6 and 5 ns, respectively). To find optimal parameters of manufacture, the samples irradiated were: 1 cm2 monocrystalline silicon p-type, resistivity of 0.01 to 0.02 ohm. 525 microns in thickness and orientation [111], with different amount of laser pulses, from 200 to 2000 and two experimental conditions (with and without assistance of argon). This treatment was perform to study the effect of manufacturing parameters on the optical response of silicon treated with laser and to find the optimal parameters for the fabrication of diffraction gratings. The characterization of the topography was make by confocal laser microscopy to observe the formation of gratings with a constant of 530 nm when was assisted with gas flow, with the obtained gratings also were calculated the refraction index from 1.6 to 3, in the range of wavelengths from 200 to 700 nm and thicknesses of 1 to 4 microns. In addition, the reflectance studies ofthe samples established that the gratings reflected from 10 to 30% in the UV region and from 60 to 80% in the IR, in function of the energy supplied to the Si and the reflectance of the gratings is related with the thickness of the gratings. Also was find that when the samples are irradiate without presence of gas is generate surfaces that could be study like a porous silicon