超短脈沖激光加工MEMS器件材料的燒蝕機(jī)理研究.pdf

1、自上個(gè)世紀(jì)八十年代以來(lái),飛秒激光技術(shù)得到了迅猛的發(fā)展,由于飛秒脈沖激光具有脈沖時(shí)間短、能量密度高等優(yōu)點(diǎn),使得這門(mén)技術(shù)在微細(xì)加工、MEMS器件制造、加工信息存儲(chǔ)材料、顯微生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。 由于飛秒脈沖激光加工是一個(gè)超強(qiáng)、超快的過(guò)程,并且對(duì)超短脈沖激光與物質(zhì)相互作用機(jī)理的探索研究,將涉及到固體物理學(xué)、半導(dǎo)體物理學(xué)、光學(xué)、電動(dòng)力學(xué)、等離子體物理學(xué)以及非平衡統(tǒng)計(jì)物理學(xué)等學(xué)科內(nèi)容,具有很強(qiáng)的交叉性,因此給研究它與物質(zhì)相互作

2、用的機(jī)理帶來(lái)了很大的困難,但是所獲得的研究成果將使人們能夠更深刻的認(rèn)識(shí)微觀時(shí)間尺度下激光與物質(zhì)相互作用的物理規(guī)律,其本身具有一定的科學(xué)價(jià)值。 在燒蝕機(jī)理方面,超短脈沖激光與長(zhǎng)脈沖激光有本質(zhì)的不同,對(duì)于長(zhǎng)脈沖激光由于其脈寬時(shí)間遠(yuǎn)大于電子與聲子的耦合時(shí)間,電子有足夠的時(shí)間通過(guò)電子與聲子的散射將能量傳遞給聲子從而加熱晶格,其加熱過(guò)程是一個(gè)平衡過(guò)程,此時(shí)電子、聲子處于熱平衡態(tài),并通過(guò)晶格的熱擴(kuò)散使激光聚焦點(diǎn)周?chē)膮^(qū)域被熔化、汽化以實(shí)現(xiàn)燒

3、蝕。而對(duì)于超短脈沖激光,由于脈寬時(shí)間與電子-聲子的散射時(shí)間處于同一量級(jí),故其加熱過(guò)程是一個(gè)非平衡過(guò)程。為了研究超短脈沖激光加T.MEMS器件材料的燒蝕機(jī)理,我們采用了更能符合實(shí)際情況的Fokker-Planck方程模型,并且摒棄了弛豫時(shí)間近似這一假設(shè),同時(shí)采用庫(kù)侖碰撞機(jī)制描述電子的散射,根據(jù)試探粒子法的思想,將電子的弛豫過(guò)程視為試探粒子與處于非熱力學(xué)平衡態(tài)場(chǎng)粒子的相互作用過(guò)程,并結(jié)合Fokker-Planck方程建立自由電子弛豫時(shí)間與其