采用激光晶化制备多晶硅薄膜的技术由于具有晶化温度低、工艺简单,制备出的多晶硅性能优良等优点成为目前产业界主要采用的多晶硅薄膜的制备技术。但目前此项技术主要掌握在日韩企业手中,国内刚刚处于起步阶段,因此本论文针对目前此技术的国外垄断和高成本的问题,将低成本激光晶化的关键技术作为主要研究内容,进而提出了几种新型的激光晶化技术。希望能掌握我国激光晶化技术的自主知识产权,同时也发展了一些新颖的激光晶化技术,为此技术的整体发展贡献一点力量。　　 本论文的第二章通过建立数学模型对激光晶化非晶硅薄膜的温度场进行数值模拟运算,发现样品本身的性质和入射激光的参数是影响晶化后薄膜质量的两个重要因素。其中样品性质主要包括晶化前驱物状态、衬底温度等；入射激光参数包括激光的能量密度和入射激光的脉冲宽度等:提高入射激光能量密度有提高薄膜熔化深度的效果,增加入射激光的脉冲宽度有延长薄膜固化时间和提高薄膜熔化深度的效果,计算得出激光脉宽为150ns时,薄膜最大熔化深度为965nm。通过对激光参数进行分析,得出在激光晶化系统的设计中,采用150ns的激光脉冲宽度较为合适,并且应保证激光能量密度高于650mJ/cm2。　　 本论文的第三章根据第二章仿真分析的结果,选取合适的参数对激光晶化实验系统的进行了选型和装配。设计出的晶化系统由固体激光器、光束整形系统和精密微动台三部分组成。其中关键部分为光束整形系统,重点设计了光路模块,它负责将直径为3mm的圆形高斯光斑整形为宽约60μm、长约5cm的长条形“光刀”,它能够提高光斑能量分布的均匀性,进而提高晶化后薄膜质量。　　 在第二章模拟分析的基础上,本论文的第四章从实验角度研究了激光参数和晶化前驱物状态对YAG激光晶化效果的影响,探索了柔性衬底上硅基薄膜的直接激光晶化技术。实验发现:在不同激光能量密度照射下,薄膜晶化状态有所不同,薄膜晶化率随激光能量密度升高呈先上升再下降的趋势;光斑能量高斯分布的不均匀性,导致距光斑中心不同位置处的晶化率差异较大。进而研究了晶化前驱物中氢含量对晶化效果的影响,发现低氢含量的微晶硅薄膜与非晶硅薄膜相比,薄膜晶化率和晶粒尺寸都有所提高,说明降低前驱物中的氢含量有助于提高晶化后薄膜的质量,可得到较大晶粒尺寸,还能免去晶化前的高温预处理过程,使直接在柔性衬底上进行激光晶化制作多晶硅成为可能。　　 本论文的第五章进行了新型飞秒激光晶化技术的探索,从实验角度研究了激光参数和晶化前驱物状态对飞秒激光晶化效果的影响。实验发现激光能量密度较低时,薄膜晶化率随照射脉冲数的增加呈上升趋势；而当激光能量密度较高时,薄膜晶化率随照射脉冲数的增加呈先上升后下降趋势,总体来说,高能量密度激光晶化的薄膜晶化率与低能量密度激光晶化的薄膜晶化率相比有着一定程度的提高。实验中分析得出,激光能量密度是影响晶化效果的主要因素,采用单脉冲能量密度较高的激光去进行晶化才能获得高的晶化率；而照射脉冲个数并不是主要影响晶化效果的因素,但合适的照射脉冲数也有促进晶化的作用。我们根据实验得出当激光能量密度为70 mJ/cm2至85 mJ/cm2时,且照射脉冲数为10个时,薄膜晶化效果较佳。我们发现与YAG激光晶化相比,飞秒激光能量密度对激光晶化效果的影响趋势相同,但飞秒激光晶化后的薄膜晶化率较低,进而分析了飞秒激光照射下薄膜的能量吸收机制--双光子吸收机制。通过Z扫描实验验证了薄膜在飞秒激光的照射下确实发生了双光子吸收效应。通过计算得出非线性吸收系数随着入射激光峰值功率的提高呈现抛物线递增趋势,当入射激光能量足够高时,薄膜双光子吸收系数趋于稳定。我们还发现在飞秒激光晶化多晶硅的过程中存在两个阈值,一个是薄膜对飞秒激光产生双光子吸收效应的阈值,另一个是薄膜发生晶化的阈值,推测出薄膜晶化的阈值能量密度应大于薄膜发生双光子吸收的阈值能量密度。最后进行了柔性衬底飞秒激光晶化技术的探索研究,实验中,当激光能量密度为48 mJ/cm2时,激光扫描后薄膜晶化率可达45.4％。得出采用飞秒激光实现对柔性衬底上非晶硅的扫描晶化是可行的,同时分析了晶化率较低的因为并提出了可能的解决办法。