飞秒激光在硅表面微加工的研究课件.ppt

1、飞秒激光在硅表面微加工的研究2022-6-64Micro-Nano Fabricating & Measurement Laboratory 2022-6-65Micro-Nano Fabricating & Measurement Laboratory 2022-6-66Micro-Nano Fabricating & Measurement Laboratory 2022-6-67Micro-Nano Fabricating & Measurement Laboratory 2022-6-68Micro-Nano Fabricating & Measurement Laboratory 2

2、022-6-69Micro-Nano Fabricating & Measurement Laboratory 2022-6-610Micro-Nano Fabricating & Measurement Laboratory 飞秒激光在金属上加工六角形网格2022-6-611Micro-Nano Fabricating & Measurement Laboratory 飞秒激光逐点扫描法在聚合材料内部加工出的纳米牛体长只有10微米，高7微米 2022-6-612Micro-Nano Fabricating & Measurement Laboratory 飞秒激光加工的光波导2022-6-6

3、13Micro-Nano Fabricating & Measurement Laboratory 飞秒激光修复光掩模缺陷微纳米区域的物质转移，利用飞秒激光将特定的物质“搬移”到特定的部件上，形成极其精密的特定物质图案，如掩模。在微电子学有着应用。2022-6-614Micro-Nano Fabricating & Measurement Laboratory 飞秒激光在生物降解聚合物上制成的血管支架2022-6-615Micro-Nano Fabricating & Measurement Laboratory 2022-6-616Micro-Nano Fabricating & Measu

4、rement Laboratory Femtosecond laser micromachining workstation (UMW 2110i series workstation, Clark-MXR, Inc., USA) 2022-6-617Micro-Nano Fabricating & Measurement Laboratory Set-up of the system Set-up of the system 2022-6-618Micro-Nano Fabricating & Measurement Laboratory 加工系统主要参数加工系统主要参数2022-6-619

5、Micro-Nano Fabricating & Measurement Laboratory 2022-6-620Micro-Nano Fabricating & Measurement Laboratory 2022-6-621Micro-Nano Fabricating & Measurement Laboratory 2022-6-622Micro-Nano Fabricating & Measurement Laboratory 激光脉冲数对点加工的影响激光脉冲数对点加工的影响激光辐照在硅（111）表面同样出现了条纹，随着脉冲数的增加条纹逐渐被破坏N=50N=1002022-6-62

6、3Micro-Nano Fabricating & Measurement Laboratory 点结构：激光脉冲数的影响点结构：激光脉冲数的影响激光辐照在硅（100）表面N=200N=500N=1000N=1500N=1N=10N=50N=1002022-6-624Micro-Nano Fabricating & Measurement Laboratory 点结构：脉冲数对烧蚀深度影响点结构：脉冲数对烧蚀深度影响N=50, D= 5m N=100, D= 7.14m 使用FIB得到截面图2022-6-625Micro-Nano Fabricating & Measurement Labor

7、atory 点结构：激光能量的影响点结构：激光能量的影响(1) =0.08 J/cm2 (2) 第一行 =0.30J/cm2 第二行 =0.15J/cm2 烧蚀能量越大烧蚀面积越大N=1002022-6-626Micro-Nano Fabricating & Measurement Laboratory 点结构：激光能量的影响点结构：激光能量的影响烧蚀能量越大烧蚀面积越大 N=1002022-6-627Micro-Nano Fabricating & Measurement Laboratory 点结构总结：激光能量与烧蚀区域直径的关系点结构总结：激光能量与烧蚀区域直径的关系Relations

8、hip between diameter of the irradiated surface and laser fluences on Silicon2022-6-628Micro-Nano Fabricating & Measurement Laboratory 2022-6-629Micro-Nano Fabricating & Measurement Laboratory 2022-6-630Micro-Nano Fabricating & Measurement Laboratory 大小2022-6-631Micro-Nano Fabricating & Measurement L

9、aboratory 2022-6-632Micro-Nano Fabricating & Measurement Laboratory 2022-6-633Micro-Nano Fabricating & Measurement Laboratory Ripples特点（特点（1）两种波纹：两种波纹：1、方向接近垂直、方向接近垂直2、环形区域波纹宽度比内、环形区域波纹宽度比内部波纹宽度要窄部波纹宽度要窄环形区域波纹：环形区域波纹： 0.71m 中部区域波纹：中部区域波纹： 1.5m 飞秒激光在飞秒激光在Si(100) 表面烧蚀表面烧蚀 激光能流密度激光能流密度 0.33J/cm2 脉冲数脉冲数

10、 N=1002022-6-634Micro-Nano Fabricating & Measurement Laboratory Ripples特点（特点（2）利用利用FIB观察条纹截面，波纹平均深度观察条纹截面，波纹平均深度 1m 2022-6-635Micro-Nano Fabricating & Measurement Laboratory Ripples 形成原因形成原因形成原因：形成原因：1. 激光辐照在材料缺陷或尘埃粒子上的散射光与入射激激光辐照在材料缺陷或尘埃粒子上的散射光与入射激光是相干的光是相干的,彼此干涉后彼此干涉后,受到调制的光辐照在材料表面受到调制的光辐照在材料表面上形成

11、干涉图案。在材料的光滑表面上上形成干涉图案。在材料的光滑表面上,可以观察到等可以观察到等间距的平行条纹。间距的平行条纹。 材料特性，材料熔融冷却后再固化材料特性，材料熔融冷却后再固化2.当脉冲激光对硅材料的辐照强度远远高于熔化阈值当脉冲激光对硅材料的辐照强度远远高于熔化阈值时时,就会发生均匀的熔化就会发生均匀的熔化,而熔化温度的横向变化所产生而熔化温度的横向变化所产生的力的力,将波纹固定在硅材料表面上。液体的表面张力随将波纹固定在硅材料表面上。液体的表面张力随着温度的升高而减小着温度的升高而减小,而且液体有从较热的区域向较冷而且液体有从较热的区域向较冷的区域扩张的趋势。因此的区域扩张的趋势。因

12、此,脉冲激光辐照硅材料表面产脉冲激光辐照硅材料表面产生凸凹状形变波纹生凸凹状形变波纹.2022-6-636Micro-Nano Fabricating & Measurement Laboratory Ripples 形成过程形成过程N=1N=5N=10N=502022-6-637Micro-Nano Fabricating & Measurement Laboratory Ripples 形成条件形成条件形成条件：形成条件：1. 多脉冲照射多脉冲照射2. 激光能量：在硅烧蚀阈值附近激光能量：在硅烧蚀阈值附近2022-6-638Micro-Nano Fabricating & Measurement Laboratory 影响影响Ripples 走向的因素走向的因素波纹走向与入射光束的偏振态有关波纹走向与入射光束的偏振态有关 ，实验证实与晶向无关，实验证实与晶向无关无波片无波片 波片波片 450无波片无波片 波片波片 4502022-6-639Micro-Nano Fabricating & Measurement Laboratory 2022-6-640Micro-Nano Fabricating & Measurement Laboratory