### 铂、金和钼在硅界面上的激光诱导反应
#### 摘要与背景
本研究探讨了利用声光调Q Nd:YAG倍频激光在P型Si(111)基片上诱导铂(Pt)、金(Au)和钼(Mo)与硅(Si)反应形成各种金属硅化物的过程。该方法为金属硅化物的合成提供了一种新颖且高效的途径。
#### 实验设备与条件
实验中使用的激光器为声光调Q Nd:YAG倍频激光器，其倍频材料为Ba2NaNb5O15晶体，输出波长为532nm，脉宽约为90ns，峰值功率达到1.0kW，工作频率设定为2kHz。激光聚焦后形成的光斑直径约为50μm，扫描速度分别为9.3、14.3和21.0mm/s。
#### 实验材料
实验中所使用的Si(111)基片上的金属薄膜厚度分别为：
- 铂（Pt）：400-1000Å
- 金（Au）：1200Å
- 钼（Mo）：5700Å
为了减少金属薄膜对激光的反射，研究人员在金属膜表面涂覆了光学厚度约为入射波长四分之一的减反射涂层。
#### 表征技术
经过激光辐照处理后，样品的表面结构与成分通过以下几种技术进行了表征：
- X射线衍射（XRD）：用于确定样品的晶体结构和物相。
- X射线光电子能谱（XPS）：用于分析样品表面元素组成及其化学状态。
- 卢瑟福背散射谱（RBS）：用于测量样品中的元素含量及分布情况。
- 金相显微镜和扫描电子显微镜（SEM）：用于观察样品表面形貌。
#### 实验结果与讨论
1. **铂-硅界面**：当使用声光调Q Nd:YAG倍频激光诱导Pt-Si界面反应时，X射线衍射分析表明形成了均一的单相Pt2Si。进一步的XPS分析显示，表面经过Ar+离子束刻蚀后，Pt 4f7/2电子谱峰值的化学位移为1.3eV。相比之下，使用1.064μm波长的连续Nd:YAG激光诱导Pt-Si界面反应时，则形成了非均一的多相铂硅化合物，如Pt5Si、Pt12Si5和Pt2Si。XPS分析显示，经Ar+离子刻蚀后Pt的化学位移值为1.0eV，并且发现不同深度下铂硅化物的组成存在差异。
2. **金-硅界面**：倍频脉冲激光诱导Au-Si界面反应后，X射线衍射分析结果显示形成了三种亚稳态硅化物，即Au7Si2、Au5Si和Au2Si。XPS分析表明Au 4f7/2峰值的化学位移仅为0.1-0.3eV；然而，经过Ar+离子刻蚀后，化学位移值变为0.5-0.6eV。这表明激光诱导反应不仅在Au-Si界面上发生，而且形成的亚稳态相在先前的Au-Si相图中并未出现。
3. **钼-硅界面**：倍频脉冲激光诱导Mo-Si界面反应后生成的钼硅化合物为单相亚稳态Mo5Si3。XPS分析显示Mo 3d5/2电子谱峰值的化学位移为3.6eV。这一结果为Mo-Si体系相图提供了新的补充信息。
#### 结论
通过声光调Q Nd:YAG倍频激光可以在P型Si(111)基片上有效地诱导铂、金和钼与硅反应，形成多种金属硅化物。这些反应不仅能够形成均匀的单相化合物，还能生成传统热处理条件下难以获得的亚稳态相。此外，激光诱导反应的具体过程受激光参数（如波长、功率密度等）的影响，不同类型的激光诱导反应会导致不同的反应路径和产物特性。因此，该研究为金属硅化物的合成提供了新的思路和技术支持。
