Laser-Materie-Wechselwirkung

Bei der Entwicklung, Optimierung und Industrialisierung neuer Fertigungsprozesse spielt ein tiefgreifendes Prozessverständnis eine immer wichtigere Rolle. Zeitaufgelöste Messungen sind unerlässlich, um den Ursprung unerwünschter Nebeneffekte bei der Lasermikrostrukturierung, wie z.B. laserinduzierte Schäden oder einen unvollständigen Schichtabtrag von Solarzellen, zu untersuchen. Viele dieser Laser-Materie-Wechselwirkungsprozesse finden auf ultrakurzen Zeitskalen (Femto- bis Nanosekunden-Bereich) statt und können daher mit herkömmlichen Kameras nicht abgebildet werden.

Um solche ultraschnellen Prozesse zu untersuchen, wird am Fraunhofer ISE die sogenannte Pump-Probe-Messtechnik verwendet. Hierbei wechselwirkt zunächst ein Laserstrahl, der Pump-Laser, mit dem Material. Die induzierte Wechselwirkung mit dem Material wird mit einem zweiten, zeitlich verzögerten Laserpuls, dem Probe-Laser, abgetastet. Die Zeitauflösung ist nun nicht mehr durch die Eigenschaften des Detektors limitiert, sondern durch die Pulsdauer des Probe-Lasers (typ. ≈ 200 fs).

Die Pump-Probe Messtechnik ermöglicht die Analyse des Ultrakurzpuls-Laserabtrags der Siliciumnitrid-Antireflexschicht auf kristallinem Silicium. Dies ist eine der Techniken, mit denen wir die Produktionstechnologien und Wirkungsgrade von Solarzellen verbessern können.

Links: Zeitliche Veränderung von Newtonringen, die bei der Ablösung einer dielektrischen Schicht von einer Silicium-Oberfläche entstehen.

Rechts: Zeitliche Änderung der Reflektivität der Probe.