薄硅片材料的激光弯曲试验研究

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1、大连理工大学硕士学位论文摘要随着快速成形技术的发展，使用激光弯曲加工的材料需求日益增长，对激光弯曲的脆性材料的需求也不断增加。在MEMS领域中不仅需要平面硅片，也需要si梁、Si桥和探针臂等结构件、执行机构件、弹性功能件等不定形硅片；在微型传感器制造中也出现了非直线悬臂；以及精密光学器件中需要在微尺寸器件条件下的微小弧度件等。而传统的加工方法主要采用接触式机械附加外力弯曲和选择性刻蚀的方法。外力弯曲方法弯曲时需要辅助外力，同时对环境温度要求较高，不利于控制且容易引起脆性材料的破坏；而选择性刻蚀不仅对材料是一种浪费，同时刻蚀过程中所使用的化学试剂对环境也有一定程度的污染。本文利用固体脉冲激光

2、对薄硅片材料进行了弯曲试验研究，具体工作如下：(1)利用Nd：YAG脉冲激光，选取激光脉冲频率和脉冲宽度作为激光可调整参数来研究硅片弯曲角度与激光参数之间的关系。同时研究了弯曲角度与扫描次数、样品宽度以及脉冲占空比的关系。(2)对弯曲样品进行了光学显微镜，扫描电镜以及x射线晶面定向的检测。检测结果表明硅片表面存在三种不同形貌区域，即主作用区域，过渡区域和边缘区域。并给出了各个区域的形貌以及相态特征。(3)结合试验结果以及检测数据，采用A11sys热分析模块对扫描过程温度场进行了仿真计算。计算结果说明扫描过程在同一位置会形成多次斜率较大的温度震荡，在温度较低的条件下容易引起硅片损坏，T13M

3、和BM同时存在。(4)根据硅片材料的特点，引入位错理论对弯曲过程进行分析。激光弯曲过程中硅片产生的位错、层错现象，主要表现为滑移线和堆垛层错，其中滑移线的产生是由于位错的堆积，而堆垛层错则是位错叠加产生的结果。同时温度的变化，会引起位错矢量、位错密度和位错速率的变化，从而影响到塑性变形率，最终影响塑性变形过程。对薄硅片材料实现了最大弯曲角度达到30。的激光弯曲，并初步分析了脆性材料的弯曲机理，为激光弯曲脆性材料在MEMS等领域的应用提供了理论基础和工艺储备。关键词：激光弯曲；硅片；拉曼光谱；Ansys；位错薄硅片材料的激光弯曲试验研究ExperimentalStudyonLaserBend

4、ingofThinSiliconChipAbstractAsthedevelopmentofsemiconductorindus(ryandMEMS，thenon-fiatsilicon-girderandsilicon-cantileverhavebeendemanded,meanwhilemanymicro-processalsoneedcor、，iIlgbrittlemate削s(such∞c脚'amicandgla跖)SOastofabricatemicro-actuatorandmicro-sensorere．BlittheconventionalprOC,器Swithexter

5、nalforce，highertemperatureconditionduringprocessandcontactedloadsiseasyinducingthebrokenofbrittlematerialsaswellasnoteasilyappliedinlab．Howeverctchingprocessnotonlywas【csthematerial,butthechemicalreagentusedwouldalsocatlsetheenvironmentalpon面onAccordingtotheproblemreferral,laserbendingmcl：hodofthi

6、nsilicoachipusingpulseNd：YAGlaseriscarriedout,thefollowingworkisdone：．(1)E)畔触ofsiliconchipbendingwithmillisecondpulsewidthNd：YAGlaserisdone．Theenergythresholdofsiliconbendingisglve几Meanwhile，theinfluenceofpulsefrequencyandpulsewidthonthebendingangleusingtheNd：YAGlongpulselaserismainlyinvestigated．

7、11壕pulsedutycycleisusedtopresenttheinfluenceoftheenergy’stimedistributiononeffectofbending．Inaddition,therelationsbl出舢埘mbe稻of∞缸lning’widthofsampleandangles勰studied．(2)Bendingsiliconsurfacepropertiessuch勰themicro—