Laser-Induced Liquid-Vapor Phase Transitions in Thin Films at Solid Surfaces : Nanomechanical Investigations on the Sub-Nanosecond Scale

Abstract

Die in dieser Dissertation vorgestellten Untersuchungen erforschen Phasenübergänge in dünnen Isopropanolfilmen auf Siliziumwafern vom flüssigen in den gasförmigen Zustand. Das absorbierende Substrat wird durch einen Laserpuls erhitzt und aufgrund von Wärmeleitung verdampft die Flüssigkeit im Bereich nahe der Grenzfläche. Die Untersuchung des Phasenübergangs erfolgt mittels Streulicht- und Reflektometriemessungen. Der dazu verwendete optische Aufbau besitzt eine räumliche Empfindlichkeit im Bereich weniger Nanometer in senkrechter Richtung zum Substrat und eine zeitliche Auflösung von etwa 200 ps.Die Experimente zeigen, dass der Flüssigkeitsfilm durch den Phasenübergang an der Grenzfläche als intakte Schicht von der Oberfläche abgehoben wird. Für die anschließende Analyse wird die Trajektorie des Films als empfindlicher nanomechanischer Sensor verwendet, um den Phasenübergang zu untersuchen. Die Ergebnisse bieten vielfältige Einblicke in den Verdampfungsprozess unter anderem in Bezug auf die charakteristischen Zeitskalen, die erreichbare Überhitzung, den entstehenden Druck und die Abhängigkeit des Phasenübergangsmechanismus von der Heizrate.