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레이저의 파장과 비슷한 박막두께를 갖는 박막구조물은 파장 간섭 효과로 인해서 벌크재료와는 다른 광학특성을 보인다. 또한, 박막두께가 포논의 평균이송거리보다 작거나 비슷하게 되면, 경계에서 포논 반사에 의해서 열전도율이 벌크 재료보다 더 작아지게된다. 레이저 펄스 조사 시간이 수십 피코초 보다 더 짧아지면, 캐리어의 밀도는 급격히 증가하게 되고, 또한 캐리어와 포논간에 비평형은 매우 커지게 된다. 반도체 박막은 반도체 산업의 매우 많은 분야에서 사용됨에도 불구하고, 기존의 레이저와 물질간의 상호작용에 대한 연구는 대부분 벌크물질에 대한 연구가 대부분이다. 따라서 본 연구의 주목적은 나노 및 펨토초 레이저가 조사된 박막구조내에서의 광학 특성 및 에너지 전달 매커니즘을 규명하는데 있다.
반도체 박막구조물에 대한 선행적인 연구로 극초단 펄스 레이저가 조사된 유전체(...

레이저의 파장과 비슷한 박막두께를 갖는 박막구조물은 파장 간섭 효과로 인해서 벌크재료와는 다른 광학특성을 보인다. 또한, 박막두께가 포논의 평균이송거리보다 작거나 비슷하게 되면, 경계에서 포논 반사에 의해서 열전도율이 벌크 재료보다 더 작아지게된다. 레이저 펄스 조사 시간이 수십 피코초 보다 더 짧아지면, 캐리어의 밀도는 급격히 증가하게 되고, 또한 캐리어와 포논간에 비평형은 매우 커지게 된다. 반도체 박막은 반도체 산업의 매우 많은 분야에서 사용됨에도 불구하고, 기존의 레이저와 물질간의 상호작용에 대한 연구는 대부분 벌크물질에 대한 연구가 대부분이다. 따라서 본 연구의 주목적은 나노 및 펨토초 레이저가 조사된 박막구조내에서의 광학 특성 및 에너지 전달 매커니즘을 규명하는데 있다.
반도체 박막구조물에 대한 선행적인 연구로 극초단 펄스 레이저가 조사된 유전체(SiO2)에서 전자 밀도의 급격한 증가에 의한 광학 손상을 비국부적 Fokker-Planck 방정식을 사용하여 해석하였다. 비국부적 Fokker-Planck 방정식은 볼츠만 수송 방정식에서부터 유도되며, 에너지 공간상의 전자분포 및 애벌런치 이온화, 다광자 이온화, 삼체 재결합 등을 고려할 수 있다. 레이저 에너지의 흡수 및 반사율 계산을 위해서 확장된 드루드 모델 및 프레스넬식을 사용하였다. SiO2는 임계손상강도보다 작은 레이저 강도에서는 거의 모든 레이저 에너지를 투과시키는 반면 임계손상강도보다 큰 레이저 강도에서는 고밀도의 전자 플라즈마가 형성되고 조사된 레이저 에너지는 대부분 반사되거나, 매우 짧은 구간에서 전부 흡수되어 금속과 비슷한 성질을 보인다. 이와 같은 표면에서의 강한 반사와 흡수로 인하여 애블레이션 깊이는 레이저 강도에 따라 비례하여 커지지 않고 일정 값에 수렴하는 모습을 보여준다.
나노 및 펨토초 펄스레이저가 조사된 실리콘 박막구조물에서 전도/복사 열전달 및 광학특성을 해석하였다. 파동간섭효과를 고려하기 위하여, 전자기 이론과 박막 광학을 사용하여 박막내에서의 에너지 흡수 및 표면에서의 반사율을 계산하였다. 박막의 복사 물성치는 온도와 전자 밀도의 함수로 구성하였고, 박막에서 감소된 열전도율과 열경계저항은 EPRT로부터 구하였다. 펨토초 레이저가 조사되었을 때, 전달자와 격자간 에너지 전달은 레이저 조사 이후에 급격히 발생하게 되고, 격자는 나노 및 피코초 레이저가 조사되었을 때 보다 더 높은 온도를 가지게 된다. 파동간섭 효과로 인해서 박막의 두께에 따라 반사율은 최대 7배까지 차이를 보인다. 이러한 반사율은 박막내에서의 에너지 흡수에 가장 큰 영향을 주는 요인이라 할 수 있다. 파동간섭의 영향으로 박막내에서의 흡수분포는 주기적인 형태를 보인다. 나노 레이저가 조사되었을 때에는 박막내에서의 온도 분포는 주기적인 형태를 가지지 않는 반면 피코초 레이저가 조사되었을 경우에는 주기적인 형태를 보인다. 따라서 박막광학의 엄격한 적용은 박박구조물의 광 진단 방법 개발 및 박막 내에서의 온도분포 예측 시 필수적이라 할 수 있다.