飛秒激光對金屬和半導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,在激光微加工領域具有潛在的應用價值。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體薄膜的實驗研究。全文的主要研究內容與結論如下:
　　 (1)總結了飛秒激光燒蝕金屬材料的一般物理過程與物理機制；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力學模擬方法。介紹了飛秒激光與半導體材料光學損傷的過程和機制,并概括說明了半導體材料的光學強度和激光損傷閾

2、值(LIDT)。最后揭示了激光與材料作用的兩種機制-電離機制和燒蝕機制的概念。
　　 (2)開展了飛秒激光對Ag膜燒蝕和微加工過程的實驗研究。進行了不同脈沖能量和不同脈沖個數(shù)下燒蝕點形貌特征的研究。采用掃描電鏡(SEM)觀測其表面燒蝕形貌,發(fā)現(xiàn)燒蝕點大致分為三個區(qū)域,燒蝕面積隨著脈沖能量和脈沖個數(shù)的增大而增大,但當脈沖數(shù)達到一定值后燒蝕面積變化不大。改變脈沖數(shù)在燒蝕點得到了周期為650nm和150rim的長短周期條紋結構。根據(jù)燒

3、蝕區(qū)域面積與脈沖能量的關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。通過燒蝕點的累計能量和激光脈沖個數(shù)計算出Ag膜的多脈沖累計因子s=0.785。接下來研究了脈沖能量和掃描速度參數(shù)對劃線質量的影響。實驗表明線寬隨著脈沖能量的增加基本呈線性增加趨勢,一開始隨著掃描速度增大而減少的很快,等達到一定數(shù)值以后開始趨于平緩。為了獲得高質量的劃線加工,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ITO薄膜燒蝕和微加工過程的實驗研究。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,計算求出閾值分別為0.68J／cm2,0.81J／cm2。然后進行了脈沖能量和脈沖個數(shù)對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其表面形貌,燒蝕區(qū)域從一些連續(xù)的激光光斑