Absorption interbande induite dans le silicium sous forte excitation picoseconde à 1,06 μm

Nous présentons ici les résultats et la modélisation de nos expériences de transmission d'une impulsion laser YAG (Λ = 1,064 μm; durée 30 ps) à travers une plaquette de silicium cristallin, à T = 295 K et à fort niveau d'excitation ( E i ⪆ 0,05 J/cm 2 ). Notre modèle est fondé sur les équations de continuité de la densité du plasma n ( x , t ) et de la puissance instantanée P ( x , t ). Nous montrons que la saturation de l'énergie transmise E t ( E i ), observée expérimentalement, s'explique par une croissance dynamique du coefficient d'absorption interbande α( x , t ); nous interprétons cette croissance comme la conséquence de la renormalisation de la bande interdite par un plasma électron‐trou non dégénéré sans échauffement du réseau. Nous prenons une expression phénoménologique: α( n ( x , t )) = α 0 + α 1 ( n ( x , t )) r où r et α 1 sont des paramètres ajustables tandis que α 0 est le coefficient d'absorption interbande à faible excitation (α 0 ≈ 9 cm −1 ); le meilleur ajustement est obtenu pour r ≈ 1; α 1 ≈ 6 × 10 −18 cm 2 ; coefficient d'absorption par les porteurs libres: à = 4 × 10 −18 cm 2 . Avec ces valeurs, le calcul montre qu'au‐dessus de 0,1 J/cm 2 , la distribution spatiale des porteurs est modifiée dans le sens d'une localisation vers la surface excitée d'autant plus grande que l'énergie incidente E i croǐt; nous calculons l'énergie transférée au réseau par la relaxation du plasma et nous montrons qu'on ne peut pas expliquer la diminution dynamique de la bande interdite déduite de la modélisation de nos expériences par un échauffement du réseau. Une variation en n 1/2 de la renormalisation de la bande interdite décrit mieux nos résultats que la variation en n 1/3 prévue par la théorie.