在过去的几十年的人类社会发展过程中，计算机技术和信息科学以及电子产业飞速发展，我们完全进入了一个现代化的信息爆炸的时代。在各类工业的发展过程中，硅材料为代表的半导体材料有着至关重要的作用。特别地，单晶硅材料本身有很多优秀特性，而且它具有可制备加工等特性，因此成为了半导体材料的主要代表。同时，由于近年来人们对太阳能越来越重视，单晶硅材料的使用及研究也受到了进一步的关注。

传统的材料加工以机械加工为主，但是传统的工艺也伴随着很多问题，如精度不高、污染严重、效率低下等。所以我们也一直在探索较为完善的加工方法，由此人们开始关注激光与材料的互相作用，现在激光与物质的互相作用是一个有着非同寻常的意义的研究课题，它不管是在理论中还是在实际应用中都非常重要，而且只有通过激光与物质的互相作用这一媒介，大部分激光的在生活和工业中的应用才能实现。其中，它在军事中的重要作用早已经引起了广泛的重视，在未来的发展过程中，激光技术有很大的潜力。

1。2  研究背景

1。3  本文的工作介绍

    当激光辐照材料时，材料会吸收、反射和透射能量。当材料吸收部分激光热源的能量的时候，材料内部会有温度变化以及一定的热应力的变化。如果由于各种因素而产生的热应力达到靶材的损伤阈值，单晶硅就会有熔融、裂纹等的损伤情况。为了避免这些情况，在这里对激光辐照单晶硅后产生的各种温度变化情况进行了分析，我们利用有限元方法，研究了毫秒激光辐照单晶硅材料后所产生的热效应。

    本文主要是在阅读了大量的科技文献的基础上，了解了相关的物理基础原理和模型，利用COMSOL软件分析并模拟了激光辐照硅材料的物理过程。首先，建立了模型，通过了解相关文献然后归纳总结并建立了适当的物理模型，并给出了相应的热传导方程。同时确定了初始条件和边界条件。然后，利用软件对已经做好的模型进行数值计算，即在此过程中解出了热传导方程，然后得到了硅材料的温度随着时间和空间的分布情况。通过这种方法能够进行快速的计算求解，能更容易的总结不同参数下的温度分布规律。文献综述

1。4  本章小结

    本章主要叙述了针对毫秒激光与单晶硅材料相互作用所产生的热效应进行研究的背景及意义，并对国内外的科研工作人员关于毫秒激光与单晶硅相互作用时的温度场以及其他方面的研究成果进行了简要评述。最后简单介绍了本文的主要研究内容。

2  激光作用于靶材的数值研究

2。1  靶材对激光能量的吸收与反射

当有激光束入射时，激光对于靶材的各种作用就已经开始了，这就是我们研究的开端。当激光入射于一种质地均匀并且具有各向同性的靶材上时，有一部分被靶材的内部吸收掉，一部分能量被靶材表面反射或者散射到空气中，而其余的都透过靶材继续传播。因而，入射的激光光束的总能量是由三部分组成，即反射能量、散射能量、透射能量。这几部分能量的具体情况是于靶材的表面状况、纯度、温度、压力以及周围环境的状况等多方面的因素都有关系，因此我们还是主要靠实验来测量的[25,26]。

激光辐照到靶材表面之后分成的三部分能量显然是满足能量守恒定律的。现在我们假设入射到靶材表面的激光总能量为E，激光被靶材的入射表面反射的能量为，激光被靶材吸收掉的那部分能量为，激光透射出靶材而继续传播的那一部分的能量为，由此可以得到以下等式：