短脉冲及超短脉冲激光硅表面微加工研究

论文摘要

目前激光加工技术已经应用到了生产和生活的许多方面,短脉冲激光有着脉宽相对较窄,平均功率高,重复频率高,加工效率高,波长短,可以聚焦成较小的光斑实现微米量级的精密加工的特点,在半导体工业中有着很好的应用前景,超短脉冲激光以其物质移除的质量高、亚微米量级的加工精度、高的深宽比等优势引起国内外研究者的极大兴趣,二者有着各自的加工特点和优势。本文利用波长355nm,脉冲宽度小于40ns,重复频率为20KHz的纳秒激光和波长为775nm,脉冲宽度150fs,重复频率为1KHz的飞秒激光在Si表面进行了一系列微结构加工的实验,分析了纳秒脉冲激光和飞秒脉冲激光与物质特别是半导体作用的机制,为纳秒脉冲激光与飞秒脉冲激光在Si表面的微加工提供了理论基础;利用光学显微镜,扫描电镜以及聚焦离子束对加工出的微结构进行了测试,并分析了激光能量、脉冲个数、平台移动速度以及低能量重复加工等工艺参数对两种脉冲激光微结构加工效果的影响;实验中对二者的加工效果进行了比对,说明了两种脉冲激光各自的加工特点。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 激光加工技术的广泛应用
• 1.2 短脉冲及超短脉冲激光微加工技术的研究进展
• 1.3 课题的研究意义和主要工作
• 第二章 纳秒激光与飞秒激光加工机理
• 2.1 纳秒激光加工理论
• 2.1.1 纳秒激光与物质相互作用
• 2.1.2 单温模型
• 2.2 飞秒激光加工理论
• 2.2.1 飞秒激光与物质相互作用
• 2.2.2 多光子电离效应和雪崩电离效应
• 2.2.3 库仑爆炸模型
• 2.2.4 双温模型
• 2.2.5 等离子体扩散
• 第三章 纳秒激光与飞秒激光加工实验系统
• 3.1 纳秒激光加工系统
• 3.1.1 纳秒激光器
• 3.1.2 纳秒激光加工辅助系统
• 3.2 飞秒激光加工实验系统
• 3.2.1 飞秒激光器与光束导向系统
• 3.2.2 三维移动平台
• 3.2.3 监测系统
• 第四章 脉冲激光加工实验结果及分析
• 4.1 实验概述
• 4.1.1 实验对象
• 4.1.2 实验方法
• 4.1.3 测试手段
• 4.2 点结构加工
• 4.2.1 点结构加工的影响因素
• 4.2.2 纳秒激光点结构加工
• 4.2.3 飞秒激光点结构加工
• 4.3 线结构加工
• 4.3.1 线结构加工的影响因素
• 4.3.2 纳秒激光线结构加工
• 4.3.3 飞秒激光线结构加工
• 第五章 总结与展望
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢