基于电子状态调控的飞秒激光加工高深宽比结构的实验研究

发布时间：2018-02-11 15:05

本文关键词： 空间光整形激光材料处理微结构制造　出处：《北京理工大学》2015年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：随着微机电系统（MEMS）和微电子技术的不断发展，高深宽比的微槽结构也受到越来越多的重视，成为重要的研究课题。传统的微细加工技术不能综合效率、材料适用性、加工效率、成本等多方面的影响。而超快激光微纳制造技术作为一种高质量、高效率、高精度的加工方法被广泛研究，为大范围、高效的制造高深宽比的微槽结构提供了可能性。本文的创新点在于通过飞秒激光改性辅助化学刻蚀的方法来制备高深宽比微槽，并从电子状态调控的角度出发，采用飞秒激光脉冲序列的空间光整形技术，在激光传播方向扩大飞秒激光的聚焦区域，以增大改性区的深宽比，通过优化聚焦位置、能量、扫描速度等，最终实现高质量的高深宽比的微槽加工。本文的创新点： 1.通过飞秒激光改性辅助化学刻蚀的方法加工高深宽比微槽。首先利用飞秒激光高斯光束在聚焦范围内产生的光丝效应在材料内部产生高深宽比的改性区，实验发现只有在一定的能量和扫描速度下，才能产生能被化学溶液刻蚀的改性区域，在改性区形成之后利用与化学溶液的反应将改性区去除形成微槽。 2.采用飞秒激光脉冲序列的空间光整形技术，在激光传播方向扩大了飞秒激光的聚焦区域，在直径不变的情况下提高聚焦深度，目的在于扩大改性区的深宽比。通过将飞秒激光高斯光束转化为零衍射的贝塞尔光束，在材料内部形成了超大深宽比的改性区，然后通过合适化学溶液将改性区去除，形成高质量、高深宽比的微槽。 3.基于流体力学模型对飞秒激光烧蚀硅时吸收效效率进行计算，首先，改进了基于流体力学模型的Multi-fs数值模型，在改进模型的基础上计算了材料对入射激光的吸收效率对能量、波长的依赖性，并计算了吸收效率和电子温度在脉冲持续时间内的实时变化图，发现吸收效率与电子温度的对应关系。另外，计算了相同能量双脉冲和单脉冲下吸收率随着能量的变化，并计算了双脉冲中第一个脉冲和第二个脉冲的吸收效率。发现在低能量下第一个脉冲对第二个脉冲有增强吸收的作用，在高能量下有抑制作用。
[Abstract]:With the development of micro - electro - mechanical system ( MEMS ) and micro - electronics technology , the micro - groove structure with aspect ratio is more and more attention , it becomes an important research topic . 1 . The high aspect ratio microgroove is processed by femtosecond laser modified auxiliary chemical etching . Firstly , the modified region with high aspect ratio is generated inside the material by using the optical fiber effect generated by femtosecond laser Gaussian beam in the focusing range . 2 . Using the space light shaping technique of femtosecond laser pulse sequence , the focal area of femtosecond laser is enlarged in the direction of laser propagation . In the case of constant diameter , the depth - to - aspect ratio of the modified region is enlarged . The modified region of ultra - large aspect ratio is formed inside the material by converting the femtosecond laser Gaussian beam into zero - diffracted Bessel beam , and then the modified region is removed by appropriate chemical solution to form the micro - groove with high quality and aspect ratio . 3 . Based on the fluid mechanics model , the absorption efficiency of femtosecond laser ablation silicon is calculated . First , the dependence of absorption efficiency on energy and wavelength based on the fluid mechanics model is improved . The absorption efficiency and the electron temperature dependence of electron temperature are calculated . The absorption efficiency and the absorption efficiency of the second pulse are calculated .

【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN249

【参考文献】