飛秒激光對(duì)金屬和半導(dǎo)體薄膜的燒蝕與微加工研究.pdf

1、飛秒激光微加工具有熱影響區(qū)小和加工精度高的特點(diǎn),在激光微加工領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。本論文采用飛秒激光微加工系統(tǒng),開展了飛秒激光燒蝕與微加工金屬和半導(dǎo)體薄膜的實(shí)驗(yàn)研究。全文的主要研究?jī)?nèi)容與結(jié)論如下:
　　 (1)總結(jié)了飛秒激光燒蝕金屬材料的一般物理過(guò)程與物理機(jī)制；系統(tǒng)地討論了目前研究飛秒激光燒蝕金屬材料常用的雙溫模型與分子動(dòng)力學(xué)模擬方法。介紹了飛秒激光與半導(dǎo)體材料光學(xué)損傷的過(guò)程和機(jī)制,并概括說(shuō)明了半導(dǎo)體材料的光學(xué)強(qiáng)度和激光損傷閾

2、值(LIDT)。最后揭示了激光與材料作用的兩種機(jī)制-電離機(jī)制和燒蝕機(jī)制的概念。
　　 (2)開展了飛秒激光對(duì)Ag膜燒蝕和微加工過(guò)程的實(shí)驗(yàn)研究。進(jìn)行了不同脈沖能量和不同脈沖個(gè)數(shù)下燒蝕點(diǎn)形貌特征的研究。采用掃描電鏡(SEM)觀測(cè)其表面燒蝕形貌,發(fā)現(xiàn)燒蝕點(diǎn)大致分為三個(gè)區(qū)域,燒蝕面積隨著脈沖能量和脈沖個(gè)數(shù)的增大而增大,但當(dāng)脈沖數(shù)達(dá)到一定值后燒蝕面積變化不大。改變脈沖數(shù)在燒蝕點(diǎn)得到了周期為650nm和150rim的長(zhǎng)短周期條紋結(jié)構(gòu)。根據(jù)燒

3、蝕區(qū)域面積與脈沖能量的關(guān)系算出單脈沖與多脈沖的燒蝕閾值,Ag膜的單脈沖燒蝕閾值為0.189J／cm2。通過(guò)燒蝕點(diǎn)的累計(jì)能量和激光脈沖個(gè)數(shù)計(jì)算出Ag膜的多脈沖累計(jì)因子s=0.785。接下來(lái)研究了脈沖能量和掃描速度參數(shù)對(duì)劃線質(zhì)量的影響。實(shí)驗(yàn)表明線寬隨著脈沖能量的增加基本呈線性增加趨勢(shì),一開始隨著掃描速度增大而減少的很快,等達(dá)到一定數(shù)值以后開始趨于平緩。為了獲得高質(zhì)量的劃線加工,通常根據(jù)需要選取合適的飛秒激光參數(shù)。
　　 (3)開展了

4、飛秒激光對(duì)ITO薄膜燒蝕和微加工過(guò)程的實(shí)驗(yàn)研究。研究了不同參數(shù)下磁控濺射制備出的ITO薄膜的光電性能,選取最優(yōu)參數(shù)制備出200nm厚的ITO薄膜。并在兩種不同的數(shù)值孔徑下分析了ITO的單脈沖燒蝕閾值,計(jì)算求出閾值分別為0.68J／cm2,0.81J／cm2。然后進(jìn)行了脈沖能量和脈沖個(gè)數(shù)對(duì)劃線形貌與特征參數(shù)影響的研究。采用原子力顯微鏡(AFM)進(jìn)行表征,分析了燒蝕深度和寬度的變化,并使用掃描電鏡觀測(cè)其表面形貌,燒蝕區(qū)域從一些連續(xù)的激光光斑