2005 Fiscal Year Annual Research Report

レーザー集光照射結晶化プロセスの空間温度プロファイル計測と機構解明

Research Project

Project/Area Number	17760540
Research Institution	Nagaoka University of Technology
Principal Investigator	紅野安彦長岡技術科学大学, 工学部, 助手 (90283035)
Keywords	結晶化ガラス / レーザー照射 / 結晶化パターニング / 空間分光法 / 有限要素伝熱モデル
Research Abstract	1.顕微分光学的手法を用いた異質相の温度および形状の計測現有設備である3次元空間分光顕微鏡の試料ステージ上に、波長808nmの半導体レーザーを加熱源とする集光照射光学系を構築した。この光学系は、(1)空間分光顕微鏡のステージ上で動作し局所加熱領域近傍の空間分光観察が可能であること、(2)種々の出力端を有する他のレーザーへの接続が可能であり、結晶化パターニング時の多様な照射条件を再現しうること、等に特徴を有するものであり、空間分光による蛍光観察、Raman散乱観察を可能にした。また、集光照射光学系による結晶ドット、ラインパターンの形成を確認した。 2.レーザー伝播および熱伝導を考慮した有限要素伝熱モデルの構築レーザー光のガラス表面近傍への集光照射時のレーザー光伝播、光吸収、非輻射緩和による熱エネルギーへの変換、温度上昇、熱伝導および熱歪誘起に関する有限要素伝熱モデルを構築した。入力パラメータとして、レーザー波長での吸収係数、熱伝導係数、比熱、密度(以上、ガラス物性によるもの)、レーザー波長、レーザー強度、集光深さ、開口数(以上、照射条件によるもの)、および境界条件を自由に変化させることが可能であり、レーザー照射の実験モデルとして利用可能とした。入力パラメータの典型値としてレーザー照射の実験系の値を代入した結果、照射領域において妥当な温度プロファイルの経時変化が得られた。レーザー照射領域の最高到達温度により生成した異質相を分類すると、(1)ガラス転移温度以下:応力誘起と屈折率の可逆変化、(2)ガラス転移温度:仮想温度変化による屈折率の不可逆変化、(3)軟化温度:流動による表面形状の変形、(4)結晶化温度:結晶生成、となる予想に対して、レーザー照射モデル計算によるエネルギー収支の観点においても、これらの分類による異質相形成予測の妥当性が示された。