寬禁帶材料的激光微加工及其機(jī)理研究.pdf

1、寬禁帶材料的研究及應(yīng)用越來越受到人們的重視，像以氮化鎵(GAN)為代表的第三代半導(dǎo)體材料、石英玻璃(SiO2)材料都是研究的熱點(diǎn)領(lǐng)域。其中石英材料因其卓越的物理性能已成為MOEMS器件制作的重要材料之一。GAN基半導(dǎo)體材料具有電子飽和漂移速度高、導(dǎo)熱性能良好等特性，已成為發(fā)光半導(dǎo)體LEDs等器件的關(guān)鍵材料，其應(yīng)用前景十分廣闊。
　　 但是由于上述材料的化學(xué)惰性和硬脆特性，其加工難度極大。157nm深紫外激光因其波長短，光子能量高

2、，可直接破壞材料的化學(xué)鍵，熱影響區(qū)小，被視為石英和GAN材料微加工的理想工具之一。
　　 本論文介紹了Exitech公司生產(chǎn)的M2000型157nm深紫外激光微加工系統(tǒng)及其加工特性，并利用該設(shè)備，對石英(含光纖)和氮化鎵兩種寬禁帶材料進(jìn)行了一系列微刻蝕實(shí)驗(yàn)，并對其微加工機(jī)理進(jìn)行了探討。本文的主要研究內(nèi)容及結(jié)論如下：
　　 1.研究了157nm激光工藝參數(shù)對石英玻璃的刻蝕效率和表面粗糙度的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，石英材料的刻蝕

3、率隨脈沖數(shù)的增加呈下降的趨勢，大光斑的刻蝕率高于同等條件下小光斑的刻蝕率。為提高微孔加工的質(zhì)量，脈沖頻率不宜高于25Hz。根據(jù)研究結(jié)果，采用最佳工藝參數(shù)在石英基片進(jìn)行了多種三維微結(jié)構(gòu)的加工試驗(yàn)，證實(shí)了157nm激光微刻蝕工藝在制備MOEMS器件方面的實(shí)用性。另外，還在單模和多模光纖上制備了多種三維微細(xì)結(jié)構(gòu)，這將為新型光纖傳感器的制備提供一種新的工藝途徑。
　　 2.采用157nm波長準(zhǔn)分子激光，對LED-GaN半導(dǎo)體薄膜進(jìn)行了刻