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1、华中科技大学硕士学位论文单晶硅紫外激光微加工工艺研究姓名：杨雄申请学位级别：硕士专业：物理电子学指导教师：段军2011-01-17华中科技大学硕士学位论文摘要紫外激光微加工具有无机械应力、加工精度高、使用方便、加工方式灵活、成本低、污染少等特点，在航空航天、电子、精密机械等众多领域得到了广泛的应用。目前紫外激光微加工能力从二维扩展到复杂三维，加工极限精度也从微米提高到纳米量级。但在国内，脉冲激光刻蚀成型技术的三维结构加工还处于起步阶段。本文结合激光与物质相互作用的基本原理，系统论述了紫外脉冲激光加工的
2、一般规律。脉冲激光加工的最基本结构为点结构，其它图形的刻蚀都是脉冲光斑耦合叠加烧蚀而成。本课题的实验采用波长为355nm的数控紫外脉冲激光系统在单晶Si表面进行了定点脉冲钻孔和直线微加工的实验研究。研究分析了激光平均功率密度、重复频率、加工次数、光斑离焦量、扫描速度等工艺参数对小孔孔径、直线的线深及线宽入口尺寸的影响规律。提出了激光多次重复刻蚀时改善微加工质量的新方法：每次加工后增加延时来减小热效应积累和焦平面随加工深度递进使加工时功率密度保持不变。研究分析了平均功率密度、光斑离焦量、扫描间距、延时、
3、扫描速度等参数对定点脉冲钻孔与直线刻蚀质量的影响规律。在Si表面进行了平面结构刻蚀，进而使用分层法刻蚀出了四棱台和半球体等三维结构。结果证明了355nm紫外脉冲激光对Si具有良好的三维微加工能力。由于随着加工区域深度的变化，相同加工参数会有不同的加工深度使加工的三维结构层与层之间仍有较明显分界线存在，衔接处不够平滑，需要寻找更好的微加工参数组合进行改进。关键词：激光微加工紫外脉冲激光单晶硅I华中科技大学硕士学位论文AbstractNow,micro-machininghasbecomeoneofthe
4、mostactiveresearchdirectionsinmanufactoryarea.Therearemanymethodstodomicro-machining,andtheUVlasermicro-machiningisoneofthemostpromisingones,whichhasbeenwidelyusedintheaerospace,electronics,MEMS,andmanyotherfieldsduetotheadvantagesofitsnomechanicalstres
5、s，goodmicro-machiningprecisionandquality,lowcost,flexiblemethod,higherefficiency,lesspollutionandsoon.ThecapacityofUVlasermicro-machiningisdevelopingfrom2Dextensiontocomplex3D,anditsprecisionisalsoimprovedfrommicrontomillmicronintheinternationallevel.Ho
6、wever,athome,3Dstructureachievedbythelasermicro-machining,isstillinitsinfancy.ThisthesisexpoundsthebasicprincipleofUVpulselasermicro-machiningbasedonthemechanismofinteractionbetweenlaserandmaterial..ThebasicstructureofUVpulselasermicro-machiningispercus
7、siondrillingoretchingdrillingprocessandthepatternsorstructuresareachievedbyaseriesofcouplingpulsebeamspotsuperposition.TheexperimentsofpercussiondrillingandlineetchingprocesseswerecarriedoutonSimaterialsbyusingUVpulselaserwiththewavelengthof355nm.Theeff
8、ectsofaveragepowerdensity,laserfrequency,processingtimes,beamdefocusandscanningspeedonthedrillingholediameterandtheetchingentrancewidthaswellasdepthofthestraightlinewereanalyzed.Therearetwonewmethodsproposedtoimprovethemicro-mach
