【摘要】：激光與材料相互作用機理的研究是激光加熱、激光表面修飾、激光打孔等激光應(yīng)用領(lǐng)域的重要基礎(chǔ)理論問題。本文采用理論、數(shù)值模擬和實驗方法研究了近紅外激光輻照下硅的熱應(yīng)力損傷。建立了激光輻照致(001)單晶硅表面滑移的模型,通過分析不同滑移系的廣義層錯能和回復(fù)力,發(fā)現(xiàn)滑移不但可以在傳統(tǒng)的{111}面上發(fā)生,還可能在{110}面上發(fā)生;進而提出這種反常的{110}面滑移是一種表面現(xiàn)象,僅發(fā)生在表面下幾個原子層內(nèi)。通過改變硅的摻雜濃度和激光參數(shù),調(diào)整了激光加熱深度,從而實驗驗證了該反�；片F(xiàn)象。利用毫秒激光對硅片打孔時,發(fā)現(xiàn)孔質(zhì)量低的主要原因是材料滑移先于熔融發(fā)生,因而建立了激光加熱(001)單晶硅的三維有限元模型,數(shù)值計算了硅片發(fā)生熔融前12個滑移系的剪應(yīng)力分布和應(yīng)變分布;并結(jié)合Alexander and Haasen(AH)理論定量得到了滑移和熔融的競爭關(guān)系。發(fā)現(xiàn)激光功率密度低于lMW/ccm2,硅片先滑移再熔融;激光功率密度高于lMW/cm2,硅片直接熔融。進而提出:無滑移加工的必要條件是激光功率密度大于lMW/cm2。使用高速攝像機獲得了毫秒激光燒蝕硅片的實時過程,發(fā)現(xiàn)應(yīng)力損傷有兩個階段:第一階段發(fā)生在激光作用期間,硅片在熔融前就已經(jīng)發(fā)生了塑性變形;第二階段發(fā)生在激光輻照結(jié)束后,且又可細分為塑性變形和斷裂兩個子階段。單獨使用毫秒激光時因其功率密度低導(dǎo)致了第一階段的應(yīng)力損傷,而過量熔融液體導(dǎo)致了第二階段的應(yīng)力損傷,使用序列脈沖激光應(yīng)可避免這類問題。研究了序列脈沖激光輻照下硅的溫升和斷裂現(xiàn)象:使用高速紅外點溫儀實時記錄了中心點的溫升過程,分析了激光重復(fù)頻率和占空比對加熱過程的影響,發(fā)現(xiàn):1)相對連續(xù)激光而言,重頻激光頻率低于100Hz,硅到達熔融所需的時間變短:頻率高于1 kHz,所需時間變長;2)激光重復(fù)頻率不變、占空比越低,硅到達熔融所需時間越長。針對特定激光參數(shù)下硅片碎裂現(xiàn)象的產(chǎn)生機理進行了初步實驗研究,得到了重復(fù)頻率為1 kHz的序列脈沖激光易導(dǎo)致硅片在激光脈沖間隔內(nèi)發(fā)生斷裂的結(jié)論。本文的研究結(jié)果可加深理解激光與硅材料相互作用時熱應(yīng)力產(chǎn)生與發(fā)展過程的認識,也能為激光輻照硅過程中的溫升、熱應(yīng)力和燒蝕等進行分析和討論提供理論和實驗依據(jù),從而提高激光加工硅材料的應(yīng)用效率及加工精度。
【圖文】：

邐Ｈｉｇｈ邋Ｂａｎｄｗｉｄｔｈ邋＂逡逑圖１．１邋２Ｄ與３Ｄ集成電路對比圖逡逑ＴＳＶ技術(shù)是高端儲存器的首選互連方法。圖１．２為三星公司全球首款采用３Ｄ邋ＴＳＶ逡逑封裝技術(shù)打造的ＤＤＲ４內(nèi)存條，單條容量高達６４ＧＢ。該內(nèi)存采用三星先進的２０邋ｎｍ和逡逑３Ｄ邋ＴＳＶ邋ｖｉａ－ｍｉｄｄｌｅ封裝工藝，所采用的ＴＳＶ技術(shù)可以使硅晶圓或芯片進行垂直互連，逡逑將多個芯片堆疊起來可提升容量和性能。采用ＴＳＶ封裝技術(shù)的內(nèi)存模塊，相較于引線逡逑鍵合，速度最高提升一倍，并且能耗也降低約一半。逡逑圖１．２激光通孔技術(shù)用于制造ＤＤＲ４內(nèi)存條逡逑激光可以用于硅片表面微結(jié)構(gòu)的制作陽１�！昂诠琛笔潜砻婢哂袦室�(guī)則排列的亞微米逡逑量級錐形結(jié)構(gòu)的硅材料，被譽為２１世紀“革命性的新材料”，這種材料最大的特點就是逡逑在從紫外到可見，再到紅外的超寬光譜區(qū)域都有超高效率的吸收，表面反射幾乎為零。逡逑它可以作為完美的抗反射膜用于太陽能采集技術(shù)中。早期的黑硅是利用反應(yīng)離子刻蝕方逡逑法制作的，其對紅外光的吸收率不如后來發(fā)展的用激光制作的黑硅（見圖］．３和圖］．４）。逡逑而且利用激光掃描制備黑硅可以直接嵌入器件制造過程中

邐＾邐Ｈｉｇｈ邋Ｂａｎｄｗｉｄｔｈ邋＂逡逑圖１．１邋２Ｄ與３Ｄ集成電路對比圖逡逑ＴＳＶ技術(shù)是高端儲存器的首選互連方法。圖１．２為三星公司全球首款采用３Ｄ邋ＴＳＶ逡逑封裝技術(shù)打造的ＤＤＲ４內(nèi)存條，單條容量高達６４ＧＢ。該內(nèi)存采用三星先進的２０邋ｎｍ和逡逑３Ｄ邋ＴＳＶ邋ｖｉａ－ｍｉｄｄｌｅ封裝工藝，所采用的ＴＳＶ技術(shù)可以使硅晶圓或芯片進行垂直互連，逡逑將多個芯片堆疊起來可提升容量和性能。采用ＴＳＶ封裝技術(shù)的內(nèi)存模塊，，相較于引線逡逑鍵合，速度最高提升一倍，并且能耗也降低約一半。逡逑圖１．２激光通孔技術(shù)用于制造ＤＤＲ４內(nèi)存條逡逑激光可以用于硅片表面微結(jié)構(gòu)的制作陽１�！昂诠琛笔潜砻婢哂袦室�(guī)則排列的亞微米逡逑量級錐形結(jié)構(gòu)的硅材料，被譽為２１世紀“革命性的新材料”，這種材料最大的特點就是逡逑在從紫外到可見，再到紅外的超寬光譜區(qū)域都有超高效率的吸收，表面反射幾乎為零。逡逑它可以作為完美的抗反射膜用于太陽能采集技術(shù)中。早期的黑硅是利用反應(yīng)離子刻蝕方逡逑法制作的，其對紅外光的吸收率不如后來發(fā)展的用激光制作的黑硅（見圖］．３和圖］．４）。逡逑而且利用激光掃描制備黑硅可以直接嵌入器件制造過程中
【學位授予單位】：南京理工大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TN24

【相似文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 譚文勝;周建忠;黃舒;盛杰;徐家樂;;PMMA激光輻照融化形貌和組織特征分析[J];紅外與激光工程;2016年12期

2 李波;;激光輻照光學薄膜研究進展[J];光機電信息;2010年06期

3 田燕;莊惠如;黃建忠;劉嫩容;;Nd:YAP激光輻照對雨生紅球藻生理效應(yīng)的熒光分析[J];生物技術(shù);2008年03期

4 代福;熊勝明;張云洞;;激光輻照下光學薄膜元件溫升的有限元分析[J];紅外與激光工程;2008年04期

5 趙劍衡,孫承偉,李思忠,袁永華,王春彥,劉緒發(fā),張寧;激光輻照下預(yù)內(nèi)壓低碳鋼圓柱殼爆裂斷口分析[J];爆炸與沖擊;1998年04期

6 胡衛(wèi)紅,陳有為,李紹蘭,魏蓉城;激光輻照微生物的研究概況[J];激光生物學報;1999年01期

7 張建盛;;脈沖式二氧化碳激光輻照:盡量減少對心血管組織的損傷[J];國外醫(yī)學.心血管疾病分冊;1987年01期

8 晴天;;激光輻照下光敏材料薄膜形成表面周期結(jié)構(gòu)的新機理[J];激光與光電子學進展;1988年05期

9 陳時勝,R.Sigel,S.Witkowskl;激光-靶相互作用中的無極放電現(xiàn)象[J];中國激光;1988年10期

10 江志明,徐至展,張偉清,林禮煌,陳時勝;激光產(chǎn)生等離子體中密度輪廓的變陡和凹陷現(xiàn)象的研究[J];物理學報;1988年12期

相關(guān)會議論文 前10條

1 張黎;李牧;譚福利;趙劍衡;;激光輻照高超金屬材料流固耦合數(shù)值模擬研究[A];第十三屆全國物理力學學術(shù)會議論文摘要集[C];2014年

2 饒鵬;劉文廣;華衛(wèi)紅;;激光輻照硅鏡的實驗研究[A];第九屆全國物理力學學術(shù)會議論文集[C];2009年

3 沈敏敬;田建東;龍連春;;激光輻照圓柱殼體的數(shù)值模擬[A];北京力學會第13屆學術(shù)年會論文集[C];2007年

4 趙斌;龍連春;;局部激光輻照下軸壓圓柱殼的穩(wěn)定性分析[A];北京力學會第17屆學術(shù)年會論文集[C];2011年

5 蔣毅堅;劉瑩;;激光輻照制備雙功能PVDF研究[A];中國光學學會2011年學術(shù)大會摘要集[C];2011年

6 韋成華;陳林柱;劉衛(wèi)平;周孟蓮;張震;馬志亮;;連續(xù)激光輻照過程中30CrMnSi合金吸收率增強的動力學模型[A];中國力學大會——2013論文摘要集[C];2013年

7 李欣濤;龍連春;;局部激光輻照薄板結(jié)構(gòu)的屈曲承載力分析[A];北京力學會第21屆學術(shù)年會暨北京振動工程學會第22屆學術(shù)年會論文集[C];2015年

8 謝武俊;孫俊;徐勝利;;聚焦激光輻照水噴射現(xiàn)象的初步實驗觀察[A];慶祝中國力學學會成立50周年暨中國力學學會學術(shù)大會’2007論文摘要集（下）[C];2007年

9 焦路光;趙國民;陳敏孫;;組合激光輻照Q235鋼靶的實驗研究[A];第九屆全國物理力學學術(shù)會議論文集[C];2009年

10 吳花;袁斌;李明玉;晁明舉;;激光輻照瓷上釉對釉面的影響[A];豫贛黑蘇魯五省光學（激光）學會聯(lián)合學術(shù)2012年會論文摘要集[C];2012年

相關(guān)博士學位論文 前10條

1 賈志超;近紅外激光輻照致硅熱應(yīng)力損傷機理研究[D];南京理工大學;2018年

2 吳賢;激光氧化輔助微細銑削硬質(zhì)合金的基礎(chǔ)研究[D];南京航空航天大學;2017年

3 張家雷;激光輻照下約束炸藥熱爆炸機理研究[D];中國工程物理研究院;2017年

4 金麗虹;氬離子激光輻照對大豆幼苗生物學性能影響的研究[D];長春理工大學;2011年

5 牛燕雄;光電系統(tǒng)的強激光破壞及防護技術(shù)研究[D];天津大學;2005年

6 吳非;強激光輻照下結(jié)構(gòu)熱力效應(yīng)分析[D];國防科學技術(shù)大學;2006年

7 趙艷;激光制備氧化鋅納米材料及其激光輻照效應(yīng)研究[D];北京工業(yè)大學;2008年

8 劉劍;毫秒級脈沖激光輻照脆性材料的熱—力學效應(yīng)[D];南京理工大學;2011年

9 江天;單元光電探測器在連續(xù)激光輻照下的響應(yīng)機理研究[D];國防科學技術(shù)大學;2012年

10 劉潔;氧化鋅單晶及激光輻照氧化鋅單晶的光譜學研究[D];北京工業(yè)大學;2011年

相關(guān)碩士學位論文 前10條

1 劉孝謙;激光輻照下納米石墨原位生成的工藝研究[D];浙江工業(yè)大學;2019年

2 張翔宇;激光輻照下金屬樣品的能量耦合特性研究[D];國防科學技術(shù)大學;2016年

3 肖振宏;CoFe_2O_4薄膜缺陷與OER催化性能的輻照調(diào)控[D];中國科學技術(shù)大學;2018年

4 段君;深紫外激光輻照對自燃燒法制備IZO薄膜光電性質(zhì)的影響研究[D];東北師范大學;2018年

5 馬特;激光輻照輕質(zhì)合金靶體多場耦合破壞效應(yīng)數(shù)值研究[D];哈爾濱工程大學;2018年

6 談浩琪;準分子激光輻照氮化鎵外延片及其改性研究[D];北京工業(yè)大學;2015年

7 焦雯;強激光輻照板的熱彈性響應(yīng)研究[D];北京交通大學;2011年

8 朱永祥;激光輻照對硅太陽電池的作用[D];國防科學技術(shù)大學;2003年

9 王麗姜;激光輻照亞心形扁藻生物學效應(yīng)[D];福建師范大學;2006年

10 冷建功;連續(xù)激光輻照金屬鋁的溫度場研究[D];長春理工大學;2013年

本文編號：2698903