ອ່ານ:22 ຜູ້ຂຽນ:Site Editor ເຜີຍແຜ່ເວລາ: 2018-07-09 ຕົ້ນກໍາເນີດ:ເວັບໄຊທ໌
Abstract
ການລົບລ້າງເລເຊີຂອງຊິລິໂຄນໄດ້ກາຍເປັນຫົວຂໍ້ວິໄຈຢ່າງຮຸນແຮງເນື່ອງຈາກຄວາມສົນໃຈໃນການຜະລິດເລເຊີໃນອຸດສາຫະກໍາໄຟຟ້າແລະເອເລັກໂຕຣນິກ. ປະເພດຕ່າງໆຂອງ lasers ແມ່ນຖືກນໍາໃຊ້ສໍາລັບການແຍກຕ່າງຫາກ, grooving, ເຈາະລະຫວ່າງຄໍາຮ້ອງສະຫມັກອື່ນໆ, ທີ່ມີຄວາມກວ້າງຂອງກໍາມະຈອນ, ຕັ້ງແຕ່ລະບົບ ultrashort femtosecond ເຖິງຂະຫນາດນ້ອຍ microsecond pulses. ຜົນໄດ້ຮັບອາດຈະແຕກຕ່າງກັນຢ່າງຫຼວງຫຼາຍໂດຍອີງຕາມຄວາມຍາວແລະຄວາມກວ້າງຂອງກໍາມະຈອນໂດຍແຫຼ່ງເລເຊີ. ໃນການສຶກສາຄັ້ງນີ້, ຄວາມຖີ່ຂອງສອງຕົວເລກທີ່ນໍາໄປນໍາໃຊ້: Nd: YVO4 lasers, ສົ່ງຄວາມກົດດັນຈາກຄວາມກວ້າງ 9 ຫາ 12 ps ແລະ 9 ຫາ 28 ns, ໄດ້ຖືກນໍາໃຊ້ເພື່ອຂຸດຮູແລະຮ່ອງຮອຍໃນແຜ່ນ silicon. ຄວາມຫນາຂອງ wafers ແມ່ນ 200 μm.
ຄວາມເລິກ Groove ແລະເລຂາຄະນິດໄດ້ຖືກວັດແທກໂດຍໃຊ້ລະບົບການກໍານົດຮູບແບບ 3D. ຜົນໄດ້ຮັບໄດ້ຊີ້ໃຫ້ເຫັນວ່າອັດຕາການຖອນເອົາວັດສະດຸແມ່ນໄດ້ຮັບຜົນກະທົບຢ່າງຫຼວງຫຼາຍຈາກພະລັງງານກໍາມະຈອນແລະອັດຕາການຊ້ໍາໃນເວລາທີ່ໃຊ້ເລເຊີ laser nanosecond pulsed. ດ້ວຍຄວາມເລິກ laser beam picosecond, ອັດຕາການປົດຕໍາແຫນ່ງວັດສະດຸ volumetric ຍັງຄົງຄົງຢູ່ໃນລະດັບ 100 ຫາ 500 kHz, ແຕ່ຄວາມກວ້າງຂອງຮ່ອງແລະຄວາມເລິກແຕກຕ່າງກັນ.
ການສະແກນແລະການສະແດງກ້ອງຈຸລະທັນເອເລັກໂຕຣນິກຖືກນໍາໃຊ້ເພື່ອສະແດງຕົວຢ່າງຂອງຮູທີ່ຂຸດໄວ້. Microstructures ໄດ້ຖືກກວດສອບໂດຍຮູບແບບການກະຈາຍ electron ພື້ນທີ່ທີ່ເລືອກ. ອີງຕາມການວັດແທກ, ຄວາມກົດດັນຂອງ nanosecond ບໍ່ພຽງແຕ່ເຮັດໃຫ້ຄວາມຮ້ອນ, ແຕ່ຍັງເຮັດໃຫ້ເກີດຄວາມເສຍຫາຍທາງກົນຕໍ່ຝາຮູ, ໃນຂະນະທີ່ການປຸງແຕ່ງ picosecond ພຽງແຕ່ເຮັດໃຫ້ມີເສັ້ນ HAZ ບາງ, ເຊິ່ງປົກຫຸ້ມດ້ວຍບາງສ່ວນຂອງ nanoparticles.
ການນໍາສະເຫນີ
Micromachining laser ຂອງ silicon ມີຄວາມສົນໃຈໂດຍສະເພາະໃນການນໍາໃຊ້ເຊັ່ນ: ການໃຊ້ງານໄຟຟ້າແລະຈຸລະພາກ. ການລົບລ້າງເລເຊີກ່ຽວຂ້ອງກັບຂະບວນການທີ່ມີຂະບວນການຕ່າງໆລວມທັງການໃຫ້ຄວາມຮ້ອນ, ລະລາຍ, ການລະເຫີຍແລະ ionization ຍ້ອນວ່າແສງສະຫວ່າງຂອງມັນມີປະຕິກິລິຍາກັບຂັ້ນຕອນແຂງ, ແຫຼວ, ເວດແລະ plasma ຢູ່ຫຼືຢູ່ໃກ້ກັບອຸປະກອນການ [1]. ລັກສະນະຂອງຂະບວນການແມ່ນກໍານົດໂດຍຄວາມເຂັ້ມແຂງ, ໄລຍະເວລາແລະຄວາມຍາວຂອງຄວາມຍາວ laser. lasers ທີ່ມີຢູ່ໃນຕະຫລາດສໍາລັບ micromachining ລວມມີ lasers ມີໄລຍະເວລາກໍາມະຈອນໃນ femto, pico ແລະ nanosecond timescale. ໄລຍະເບື້ອງຊ້າຍທົ່ວໄປປະກອບມີການປ່ຽນແປງຈາກ uv ໄປໃກ້ກັບ.
ສາຍພັນ Femtosecond ແມ່ນເຫມາະສົມສໍາລັບການປຸງແຕ່ງວັດສະດຸໃນຫຼາຍດ້ານ. ໃນກໍລະນີຂອງເພິ່ມ ultrashort sub-ps, ໄລຍະເວລາຂອງກໍາມະຈອນແມ່ນຫນ້ອຍກ່ວາທີ່ໃຊ້ເວລາຄວາມຮ້ອນລັກສະນະຂອງອຸປະກອນການແລະການໂຍກຍ້າຍສາມາດເຮັດໄດ້ດ້ວຍຜົນກະທົບຄວາມຮ້ອນຫນ້ອຍຫຼາຍ. ໂດຍສະເພາະໃນລະບົບການຕ່ໍາທີ່ມີອັດຕາການລົບລ້າງໂດຍອັດຕະໂນມັດໂດຍຄວາມເລິກຂອງການຫລຸດຜ່ອນ optical, ຜົນກະທົບຂອງຄວາມຮ້ອນແມ່ນບໍ່ຄ່ອຍຈະແຈ້ງແລະໃກ້ຊິດກັບສູນທີ່ມີຄວາມຮ້ອນທີ່ສູນເສຍ. [2,3,4] ປະໂຫຍດອີກອັນຫນຶ່ງຂອງການປຸງແຕ່ງ ultrafast ແມ່ນວ່າສາຍສັນຍານ fs ຢຸດເຊົາກ່ອນທີ່ອຸປະກອນໃດຫນຶ່ງຖືກ expulsed ຈາກຫນ້າດິນ. ພະລັງງານທີ່ສົມບູນຂອງກໍາມະຈອນດັ່ງນັ້ນຈຶ່ງຖືກຝາກໄວ້ໃນເປົ້າຫມາຍຕົວຢ່າງໂດຍບໍ່ມີການໂຕ້ຕອບ laser-plasma ໃດໆໃນຊ່ວງກໍາມະຈອນ. [1.5] ນັບຕັ້ງແຕ່ການສູນເສຍຄວາມຮ້ອນໃນອຸປະກອນການຫນ້ອຍແລະບໍ່ມີການປ້ອງກັນ plasma, ການຫຼຸດລົງຂອງວັດສະດຸເປັນຕ່ໍາສຸດທີ່ມີຄວາມກວ້າງຂອງຄວາມດັນຂອງ sub-ps. ວັດສະດຸທີ່ສາມາດເອົາອອກໄດ້ໃນຄວາມຊັດເຈນທີ່ສຸດໂດຍໃຊ້ພະລັງງານແຮງດັນຕ່ໍາ. ເມື່ອພະລັງງານຫມູຫຼື fluence ເພີ່ມຂຶ້ນ, ຂະບວນການລົບລ້າງຄວາມຮ້ອນຈະກາຍເປັນເດັ່ນຫຼາຍ, ເຖິງແມ່ນວ່າມີການເຄື່ອນໄຫວຂອງ femtosecond. ພະລັງງານທີ່ສົມບູນຂອງກໍາມະຈອນແມ່ນຍັງຖືກສົ່ງເຂົ້າໄປໃນອຸປະກອນ, ແຕ່ຄວາມເລິກຂອງການຍົກເລີກແມ່ນຖືກກໍານົດໂດຍຄວາມເລິກຂອງການແຊກແຊງຄວາມຮ້ອນທີ່ມີປະສິດທິຜົນແທນທີ່ຈະມີຄວາມເລິກໃນການເຂົ້າສູ່ລະບົບ optical. ຄຸນນະພາບການຍົກຍ້າຍແມ່ນຫຼຸດລົງແຕ່ຄວາມເລິກຂອງການຫຼຸດລົງຂອງຄວາມດັນເລືອດສູງຂຶ້ນ [2].
ສໍາລັບການນໍາໃຊ້ໃນການເຮັດເຄື່ອງຈັກ, ລະບົບເລເຊີຕ້ອງມີຄວາມຫນ້າເຊື່ອຖື, ເຂັ້ມແຂງແລະມີລາຄາຖືກ. ເນື່ອງຈາກວ່າຄວາມພະຍາຍາມດ້ານວິຊາການເພີ່ມຂື້ນກັບການຫຼຸດຜ່ອນໄລຍະເວລາກໍາລັງ, ຫຼັງຈາກນັ້ນກໍ່ຕ້ອງສັ້ນເທົ່າທີ່ຈໍາເປັນ, ເທົ່ານັ້ນ, ເພື່ອບັນລຸຜົນໄດ້ຮັບທີ່ຫນ້າພໍໃຈ [6]. lasers Nanosecond ປະຕິບັດຕາມເງື່ອນໄຂຂ້າງເທິງນີ້ສ່ວນຫຼາຍແມ່ນ. ເຕັກໂນໂລຢີໄດ້ຖືກສ້າງຕັ້ງຂື້ນແລະຖືກພິສູດ, ງ່າຍດາຍໃນການອອກແບບແລະປະສິດທິຜົນດ້ານຄ່າໃຊ້ຈ່າຍ. ຢ່າງໃດກໍຕາມ, ໃນບາງກໍລະນີ, ກໍາມະຈອນແມ່ນບໍ່ສັ້ນແລະຄຸນະພາບການປຸງແຕ່ງຂອງເລເຊີເຫຼົ່ານີ້ບໍ່ສາມາດຕອບສະຫນອງຄວາມຕ້ອງການ. ແຫລ່ງເລເຊີ Picosecond ໄດ້ຊີ້ໃຫ້ເຫັນຕົວເອງວ່າເປັນການລະເມີດລະຫວ່າງສອງທາງເລືອກທີ່ໄດ້ກ່າວມາຂ້າງເທິງ.
ການປຸງແຕ່ງວັດສະດຸທີ່ມີຄວາມກົດດັນຂອງເລເຊີທີ່ມີຄວາມກວ້າງຂອງ picosecond ແມ່ນຄ້າຍຄືກັບການປຸງແຕ່ງຂອງ femtosecond ທີ່ມີຄວາມໄວສູງ. ປະລິມານການຍົກເລີກແມ່ນສູງກວ່າເລັກນ້ອຍສໍາລັບສາຍພັນເຟດ, ສ່ວນໃຫຍ່ແມ່ນຍ້ອນການສູນເສຍຄວາມຮ້ອນແລະການປ້ອງກັນ plasma [3]. ໃນ 1 ps ເພິ່ນຜົນກະທົບຂອງ plasma ແມ່ນບໍ່ມີຄວາມຫມາຍ, ການເພີ່ມສູງເຖິງ 20% ໃນ 10 ps ໃນໄລຍະການລົບລ້າງທອງແລະການຄົ້ນພົບທີ່ຄ້າຍຄືກັນທີ່ໄດ້ຮັບສໍາລັບ silicon ເຊັ່ນດຽວກັນ [1]. ໂດຍທົ່ວໄປ, ບໍ່ມີການປ່ຽນແປງຢ່າງຫຼວງຫຼາຍກ່ຽວກັບຄຸນນະພາບ, ຜົນກະທົບຄວາມຮ້ອນແລະປະສິດທິຜົນທີ່ສັງເກດເຫັນເມື່ອຄວາມກວ້າງຂອງແຮງດັນຍັງຄົງຢູ່ໃນລະດັບຕ່ໍາກວ່າ 10 ps, ເຖິງແມ່ນວ່າຂະບວນການນີ້ສາມາດຖືວ່າມີຄວາມຮ້ອນໃນທໍາມະຊາດ [2,3,6,7]. ໃນບາງກໍລະນີຄຸນນະພາບຂອງການປຸງແຕ່ງ ps ສາມາດແມ້ກະທັ້ງວ່າຂອງ lasers fs. fs-laser ທີ່ເກີດຄວາມກົດດັນ surges ສາມາດເຮັດໃຫ້ເກີດຄວາມເສຍຫາຍກົນຈັກກັບການຜິດປົກກະຕິວັດຖຸແລະເຄືອຂ່າຍໃນ silicon [8].
ການປຸງແຕ່ງ laser Nanosecond ກ່ຽວຂ້ອງກັບການປະສົມປະສານສະລັບສັບຊ້ອນຂອງຂະບວນການທາງດ້ານຮ່າງກາຍຂະນະດຽວກັນ. ໃນທາງກົງກັນຂ້າມກັບການປະຕິບັດການ femtosecond, pulse ຍາວພົວພັນກັບວັດສະດຸຢູ່ໃນສະພາບທີ່ແຂງ, ແຫຼວ, ນ້ໍາແລະແຜ່ນແພ. ຄວາມແຕກຕ່າງທີ່ພິເສດສາມາດເຫັນໄດ້ໃນຂະບວນການຍົກເລີກໂດຍອີງຕາມການສະຫວ່າງໄຟຟ້າ. ສໍາລັບພະລັງງານກໍາມະຈອນທີ່ກໍານົດໄວ້, ຄວາມເລິກສູງສຸດຂອງຄວາມຮ້ອນຈະລຸດຂຶ້ນດ້ວຍຄວາມກົດດັນຕໍ່ເວລາຕໍ່ໄປ, ເຊັ່ນ: ການຫລີກລ່ຽງແສງ (Al target) [7]. ໃນເວລາດຽວກັນ, ຄວາມກົດດັນການລຸດ, ເຊິ່ງແມ່ນຂຶ້ນກັບການສະຫວ່າງແສງ [9], ຫຼຸດລົງເຊິ່ງເຮັດໃຫ້ການຫຼໍ່ຫຼອມລະລາຍບໍ່ສົມບູນອອກຈາກພື້ນທີ່ປະຕິສໍາພັນ. ນອກເຫນືອຈາກຜົນກະທົບເຫຼົ່ານີ້, ຈຸດປະສົງຂອງການຍົກເລີກແມ່ນສູງກ່ວາວ່າສັງເກດເຫັນວ່າການນໍາໃຊ້ FS ແລະ ps impulses, ສ່ວນໃຫຍ່ແມ່ນຍ້ອນການປ້ອງກັນ plasma ແລະການສູນເສຍຄວາມຮ້ອນຫລາຍຂຶ້ນ. [7] ການສຶກສາທີ່ທຽບເທົ່າ fs ແລະ ns pulses ໃນການເຈາະສະແດງໃຫ້ເຫັນເຖິງອັດຕາການລົບລ້າງອັດຕາຄວາມໄວລະດັບ 2 ເທົ່າຕໍ່ fs pulses ເມື່ອທຽບກັບ ns pulses (silicon, radiation 266 nm, 11 J / cm2) [10,11]. ຢ່າງໃດກໍຕາມ, ຢູ່ໃນມູນຄ່າ fluence ສູງ, ອັດຕາການ ablation ມີ ns pulses ເພີ່ມຂຶ້ນຢ່າງໄວວາແລະເກີນໄປວ່າຂອງ fs ແລະ ps pulses [7].
ໃນລະຫວ່າງການປະຕິບັດການປະຕິບັດການເພີ່ມອັດຕາການຍົກເລີກຂອງມະຫາຊົນໂດຍມີຄວາມຫນາແຫນ້ນຂອງພະລັງງານເລເຊີຕາມກົດລະບຽບຂອງພະລັງງານຂຶ້ນກັບແສງສະຫວ່າງຂອງ 0.3 GW / cm2, ເກືອບເອກະລາດຂອງວັດຖຸເປົ້າຫມາຍ (ທອງແດງແລະແກ້ວ, 248 nm KrF laser) [12]. ໃນເວລານີ້, ການປ້ອງກັນ plasma ເລີ່ມຕົ້ນດູດຊຶມສ່ວນທີ່ສຸດຂອງ pulse ແລະກໍາມະຈອນກໍ່ກາຍເປັນຕ່ໍາລົງ. Plasma ຈະສະທ້ອນໃຫ້ເຫັນແລະກະແຈກກະຈາຍຄວາມເຂັ້ມຂຸ້ນຂອງທໍ່ນັ້ນ. [12] ຂໍ້ມູນການທົດລອງສະແດງໃຫ້ເຫັນວ່າອັດຕາການລຶບລ້າງຍັງສືບຕໍ່ເພີ່ມຂຶ້ນໃນຮູບແບບເສັ້ນສະແດງຈົນກວ່າຈະມີແສງສະຫວ່າງຈາກ 10 ຫາ 20 GW / cm2 ເຊິ່ງບັນລຸເຖິງ 13,14,15,16. ໃນຈຸດນີ້, ອັດຕາການຍົກເລີກເພີ່ມຂຶ້ນຢ່າງໄວວາ. ພຶດຕິກໍານີ້ສາມາດຖືກອະທິບາຍວ່າເປັນການລະເບີດທີ່ແຕກຕ່າງກັນ, ຊຶ່ງເປັນຄວາມຮັບຜິດຊອບສໍາລັບການຈີກຂາດຂອງອາກາດຂະຫນາດໃຫຍ່ຫຼັງຈາກທີ່ມີຄວາມຊັກຊ້າທີ່ສຸດ. [14,15,16] ໂດຍທົ່ວໄປ, ການປ່ອຍຕົວມະຫາສານໃນລະຫວ່າງການລົບລ້າງ nanosecond ສາມາດສະແດງອອກໂດຍການປ່ອຍເອເລັກໂຕຣນິກໃນລະດັບເວລາ picosecond, ຂະຫນາດຂອງ atomic / ionic ອອກໃນເວລາ nanosecond, ແລະການຈູດຂະຫນາດໃຫຍ່ໃນໄລຍະເວລາ microsecond, microseconds [16]
ໃນເວລາທີ່ກໍາມະຈອນ nanosecond ສັ້ນຫຼື picosecond pulses ຖືກນໍາໃຊ້, ການ irradiance ແມ່ນປົກກະຕິພຽງພໍທີ່ສູງທີ່ຈະເລີ່ມຕົ້ນການສ້າງຕັ້ງ plasma ແລະຜົນໃນການດູດຊຶມຂອງ plasma. ອິດທິພົນຂອງ plasma ເພີ່ມຂຶ້ນດ້ວຍໄລຍະເວລາກໍາລັງ, ຄວາມຫນາແຫນ້ນຂອງພະລັງງານແລະໄລຍະເວລາວ່າງ. ພະລັງງານທັງຫມົດທີ່ດູດຊຶມຈາກ plume plasma ບໍ່ໄດ້, ແຕ່ວ່າ, ສູນເສຍຈາກຂະບວນການ, ແຕ່ plasma ໃນຄວາມຈິງກໍ່ສາມາດໃຫ້ຄວາມຮ້ອນວັດຖຸເປົ້າຫມາຍ [16]. ຖ້າມີ laser ນໍາໃຊ້, ລໍາຕົ້ນສ່ວນໃຫຍ່ຈະສູງເຖິງຈຸດສູງສຸດຂອງເປືອກຂະຫຍາຍທີ່ເຮັດໃຫ້ເກີດການສູນເສຍຫຼາຍ, ໃນຂະນະທີ່ຮັງສີ UV ສ່ວນໃຫຍ່ແມ່ນດູດຊືມຢູ່ຮາກຂອງ plume ທີ່ສົ່ງອອກພະລັງງານຫຼາຍຂຶ້ນໄປສູ່ວັດຖຸຜ່ານການດູດຊຶມຂອງ plasma [17]. ການດູດຊືມຈາກ Plasma ຍັງສາມາດນໍາໃຊ້ໃນຂະບວນການບາງຢ່າງ. ໃນເວລາທີ່ plasma ນໍາໂດຍ laser ໄດ້ສ້າງຕັ້ງຂື້ນໃນການຂຸດເຈາະແຄບ, plasma ຮ້ອນຂະຫຍາຍຕົວຢ່າງໄວວາພາຍໃນຊ່ອງແລະການຂົນສົ່ງພະລັງງານສ່ວນໃຫຍ່ຂອງມັນໂດຍການເຄື່ອນໄຫວແລະການແຜ່ກະຈາຍໄປຫາກໍາແພງຫີນຂອງຫີບຫູ, ເຊິ່ງປະກອບສ່ວນກັບການຂະຫຍາຍຕົວຂອງຮາກ. ຜົນກະທົບນີ້ສາມາດຍັບຍັ້ງຄວາມຫຍຸ້ງຍາກໃນລະດັບຄວາມກວ້າງຂອງຄວາມເລິກ. [17]
ການຂຸດເຈາະແລະລຶບ silicon ໄດ້ຖືກກວດສອບໃນການສຶກສານີ້. ຈຸດປະສົງແມ່ນເພື່ອປຽບທຽບການປະຕິບັດ pico ແລະ nanosecond ຂອງຊິລິໂຄນໂດຍໃຊ້ 355 nm radiation ultraviolet. ອີງຕາມຂໍ້ມູນທີ່ອ້າງອີງກ່ອນຫນ້ານີ້ແຫຼ່ງຂໍ້ມູນ laser pico ແລະ nanosecond ຈະເປັນຕົວເລືອກທີ່ດີທີ່ສຸດສໍາລັບການປຸງແຕ່ງ silicon ແລະ wavelength uv ໄດ້ຖືກເລືອກເພື່ອເພີ່ມການດູດຊຶມ, ຫຼຸດລົງຄວາມເລິກເຂົ້າສູ່ optical ເຂົ້າໃນວັດສະດຸກໍ່ສ້າງ, ຫຼຸດລົງການສູນເສຍເນື່ອງຈາກການດູດຊຶມຂອງ plasma ແລະ ມີຄວາມຍາວ Rayleigh ຍາວພ້ອມດ້ວຍເສັ້ນຜ່າກາງຈຸດປະສານງານຂະຫນາດນ້ອຍກວ່າ. ຜົນໄດ້ຮັບໄດ້ຖືກປະເມີນໂດຍອີງໃສ່ການວັດແທກແສງ, SEM ແລະ TEM.
ການທົດລອງການທົດລອງ
ການທົດລອງທີ່ມີຄວາມກົດດັນຂອງ nanosecond ໄດ້ຖືກນໍາໃຊ້ໂດຍໃຊ້ເລເຊີ Spectra-Physics HIPPO ທີ່ໃຊ້ q-switched ທີ່ມີຄວາມຍາວ 355 nm. ການຖ່າຍໂອນຂໍ້ມູນສອງຝາກຄືກັນ (ສ່ວນນຶ່ງຂອງໂປແກຼມ). ເສັ້ນຜ່າກາງຈຸດປະສານງານຂອງ calcualted ມີການຕິດຕັ້ງແມ່ນ 10 μm. ຄວາມກວ້າງຂອງຄວາມຍາວຂອງ laser ມີຄວາມແຕກຕ່າງກັບຄວາມຖີ່ຄື 10.2 ns ຢູ່ 50 kHz, 18.6 ns ຢູ່ 100 kHz ແລະ 28.4 ns ຢູ່ 200 kHz.
ສໍາລັບການທົດລອງການປຸງແຕ່ງ picosecond ໄດ້ໃຊ້ເລເຊີ Lumera Rapid laser. ຄວາມຍາວຂອງເສັ້ນຜ່າສູນກາງຂອງວັດສະດຸແມ່ນ 355 nm. ການຕິດຕັ້ງ optical ປະກອບດ້ວຍການຂະຫຍາຍ beam ແລະ scanlab Scangine 10 scanner ທີ່ມີທັດສະນະ centering cent ມມຕັ້ງ 100 ມມ. ເສັ້ນຜ່າກາງຈຸດໂຟກັດທີ່ຄິດໄລ່ສໍາລັບການຕິດຕັ້ງ optical ແມ່ນ 10 m. ຄວາມກວ້າງຂອງກໍາມະຈອນຂອງເລເຊີແມ່ນ 9 ຫາ 12 ps. ພະລັງງານແສງສະຫວ່າງຂອງ 460 mW ໄດ້ຖືກນໍາໃຊ້ໃນການທົດລອງທັງຫມົດ.
ວັດສະດຸທີ່ນໍາໃຊ້ສໍາລັບການທົດລອງແມ່ນ 200 micrem, wafer silicon crystalline monocrystalline ຫນາ. ຕົວຢ່າງຖືກອະນາໄມ ultrasonic ໃນ acetone ຫຼັງຈາກການປຸງແຕ່ງ. ຂີ້ເຫຍື້ອແລະຂີ້ຝຸ່ນໄດ້ຖືກ swiped ຈາກຫນ້າດິນກ່ອນທີ່ຈະວັດແທກ optical.
ປະສົບການສໍາລັບການກໍານົດອັດຕາການລຶບລ້າງດ້ວຍ ns ແລະ pulses ps ໄດ້ຖືກປະຕິບັດໂດຍ ablating ຮ່ອງເທິງ silicon wafers ທີ່ມີອັດຕາການປ່ຽນແປງແລະອັດຕາການຊ້ໍາ. Profiles Groove ໄດ້ຖືກວັດແທກໂດຍນໍາໃຊ້ລະບົບການກໍານົດ 3D Wyko NT3300.
ຂຸມໄດ້ຖືກຂຸດເຈາະຜ່ານ wafer ໂດຍນໍາໃຊ້ເລຂາຄະນິດທາງທໍ່ທີ່ແນ່ນອນເພື່ອເອົາວັດຖຸອອກຈາກຂຸມທີ່ມີປະສິດທິພາບຫຼາຍຂຶ້ນ. ເປຣູໄດ້ຖືກດໍາເນີນໂຄງການເພື່ອຍ້າຍໄປຕາມວົງກົມຂອງ 30 μmສໍາລັບ 54 000 ອົງສາ, ເທົ່າກັບ 150 ການຫມຸນວຽນ. ໃນໄລຍະການເຄື່ອນໄຫວນີ້, ເສັ້ນຜ່ານແດນໄດ້ຖືກຫຼອກລວງຕາມເສັ້ນທາງວົງຈອນຢູ່ຄວາມຖີ່ຂອງ 1500 Hz ແລະຄວາມກວ້າງຂອງ 12 μm. ໄລຍະເວລາຂຸດເຈາະແມ່ນ 0.78 ວິນາທີ. ຕໍາແຫນ່ງໂຟກັດຖືກກໍານົດໄວ້ໃນພື້ນທີ່ສໍາລັບເວລາຂອງເຈາະ. ນັບຕັ້ງແຕ່ການເຄື່ອນໄຫວຂອງລູກສອນໄດ້ຖືກສ້າງຂື້ນໂດຍນໍາໃຊ້ກັບເຄື່ອງສະແກນສະແກນ, ມັນບໍ່ໄດ້ຮູ້ຈັກວິທີການທີ່ມີຄວາມຊັດເຈນດັ່ງຕໍ່ໄປນີ້ເສັ້ນທາງທີ່ຖືກນໍາໃຊ້. motion beam ແມ່ນສະແດງໃນຮູບທີ່ 1. ທັງຫມົດທົດລອງໄດ້ຖືກປະຕິບັດໃນອາກາດລ້ອມຮອບ.
ຮູບທີ 1 ການເຄື່ອນໄຫວຂອງລະບົບລະບາຍນ້ໍາໃນໄລຍະຂຸດ. ພື້ນທີ່ສີເຫຼືອງສະແດງໃຫ້ເຫັນຂະຫນາດຈຸດ, ພື້ນທີ່ຖືກຍົກຍ້າຍແມ່ນສະແດງເປັນສີຂີ້ເຖົ່າ.
ຮູບລັກສະນະຂອງຂຸມໄດ້ຖືກບັນທຶກໂດຍ Hitachi S-2400 Scanning Electron Microscope (SEM) ທີ່ປະຕິບັດງານຢູ່ທີ່ 25kV. Microstructure ຢູ່ແຄມຂອງຂຸມໄດ້ຖືກສຶກສາໂດຍ JEOL FasTEM Transmission Electron Microscope (TEM) ທີ່ເຮັດວຽກຢູ່ທີ່ 200kV. TEM ແມ່ນມີເຄື່ອງ Electron X-Ray Dispersive Spectrometry (EDS). ສໍາລັບການກະກຽມຕົວຢ່າງ TEM, ຮູໄດ້ເຕັມໄປດ້ວຍ M-Bond 610 epoxy ເພື່ອປ້ອງກັນກໍາແພງຂອງຂຸມທີ່ບໍ່ຖືກໂຍກຍ້າຍອອກໂດຍການແກະສະຫລັກ ion-beam ຕາມທີ່ແນະນໍາໃນວັນນະຄະດີ [8]. ແຜ່ນໄດ້ຖືກປິ່ນປົວສໍາລັບສອງຊົ່ວໂມງຢູ່ທີ່ 120 ° C. ແຜ່ນທັງສອງດ້ານຂອງແຜ່ນມີພື້ນດິນໂດຍກະດາດທາຍຈາກ 600 Grit ລົງເຖິງ 2400 Grit. ຄວາມຫນາສຸດທ້າຍຂອງແຜ່ນມີປະມານ 40-70 μm. ນັບຕັ້ງແຕ່ແຜ່ນດິດບາງໆມີຄວາມອ່ອນເພຍ, ພວກມັນໄດ້ຖືກກ້ຽງເພື່ອແຫວນທອງແດງເພື່ອໃຫ້ໄດ້ຮັບການສະຫນັບສະຫນູນ. ຮາດດິດໄດ້ຖືກລີດດ້ວຍເຄື່ອງຂຸດ ion-beam (Gatan 691 Precision Ion Polishing System-PIPs) ທີ່ 5kV ກັບ 6 °ເລື່ອນລົງຈົນກ່ວາພື້ນທີ່ກາວບໍ່ໄດ້ຖືກໂຍກຍ້າຍຢ່າງເຕັມສ່ວນ.
ຜົນໄດ້ຮັບແລະການສົນທະນາ
Grooves on silicon
ຮ່ອງຮອຍໄດ້ຖືກຍົກເລີກເທິງພື້ນຜິວຊິລິໂຄນຢູ່ທີ່ຄວາມໄວຂອງ 20, 30, 45, 65, 100, 150, 225, 350 ແລະ 500 ມມ.
ອັດຕາການເລີ້ມສໍາລັບ laser nanosecond ໄດ້ແຕກຕ່າງກັນລະຫວ່າງ 20 ແລະ 200 kHz, ແລະສໍາລັບ laser picosecond ຈາກ 100 ຫາ 500 kHz. ເລເຊີ nanosecond ບໍ່ສາມາດສົ່ງຄວາມໄວ 460 mW ຕໍ່ຄວາມຖີ່ 200 kHz ແລະພະລັງງານທີ່ມີຢູ່ຈາກ laser picosecond ໄດ້ຖືກຈໍາກັດພາຍໃຕ້ 100 kHz.
ຂະບວນການຍົກເລີກໄດ້ຖືກຈໍາກັດໂດຍຄວາມໄວໃນການສະແກນແລະຄວາມຖີ່ໃນສອງວິທີ. ຫນ້າທໍາອິດ, pulse ກັບ pulse overlapping ມີຂອບເຂດຈໍາກັດຕໍາ່ສຸດທີ່ຂ້າງລຸ່ມນີ້ທີ່ການໂຍກຍ້າຍອອກຈາກຮ່ອງແມ່ນບໍ່ຄົບຖ້ວນແລະຈໍານວນທີ່ໃຫຍ່ທີ່ສຸດຂອງທາດປະສົມ silicon ໄດ້ເລີ່ມຕົ້ນທີ່ຈະປະກອບຢູ່ພາຍໃນຮ່ອງ. ການກໍານົດຂອບເຂດສູງສຸດສໍາລັບຄວາມໄວການສະແກນແມ່ນກໍານົດໂດຍກໍາມະຈອນສູງສຸດຕໍ່ໄລຍະເວລາທີ່ກໍານົດໄວ້, ທີ່ຂ້າງເທິງທີ່ຜັກສ້າງເປັນຈຸດແຍກຕ່າງຫາກໃນພື້ນທີ່ແທນທີ່ຈະເປັນຮ່ອງຢ່າງຕໍ່ເນື່ອງ.
ສໍາລັບການປະຕິບັດ nanosecond ມັນໄດ້ພົບເຫັນວ່າໃນຂອບເຂດທັງຫມົດທີ່ຕັ້ງຢູ່ໃນລະດັບ 20 ຫາ 200 kHz, ຮ່ອງຮອຍທີ່ສອດຄ່ອງກັບການບໍ່ມີການຜຸພັງໄດ້ຖືກບັນລຸໄດ້ເທົ່າໃດເວລາກໍາເນີດກໍາເນີດແມ່ນຫນ້ອຍກວ່າ 80 ຫາ 90%. ຂະບວນການທີ່ທົນທານຕໍ່ຫຼາຍກວ່າກັນໃນເວລາທີ່ພະລັງງານກໍາມະຈອນແມ່ນຕໍ່າກ່ວາ, ເຊິ່ງແມ່ນຄວາມຖີ່ສູງ. ເຂດຂໍ້ມູນທີ່ມີຄວາມເປັນໄປໄດ້ສໍາລັບການປຸງແຕ່ງ picosecond ກວ້າງ. ກໍາມະຈອນເຕັ້ນທີ່ຢູ່ໃນຄວາມຖີ່ 100 ແລະ 200 kHz ອາດຈະສູງເຖິງ 97% ກ່ອນທີ່ການກໍ່ສ້າງອົກຊີເລີ່ມທີ່ຈະແຊກແຊງຂະບວນການ.
ເນື່ອງຈາກຂອບເຂດຈໍາກັດຂອງຕົວກໍານົດການຂອງສອງ lasers, ຫົວກັບການປຽບທຽບຫົວສາມາດເຮັດໄດ້ພຽງແຕ່ໃນລະດັບຄວາມຖີ່ຂອງ 100 ຫາ 200 kHz. ຮ່ອງຮອຍທີ່ຖືກຍົກເລີກຢູ່ໃນຄວາມຖີ່ເຫຼົ່ານີ້ໄດ້ຖືກວັດແທກໃນລາຍລະອຽດເພີ່ມເຕີມເພື່ອໃຫ້ຂໍ້ມູນກ່ຽວກັບຄວາມເລິກຂອງຮ່ອງແລະອັດຕາການລຶບລ້າງ. ນອກຈາກນີ້, ທົດລອງ nanosecond ໄດ້ຖືກດໍາເນີນການຍັງຢູ່ໃນອັດຕາການຊ້ໍາອີກ 50 kHz ແລະທົດລອງ picosecond ໄດ້ສືບຕໍ່ເຖິງ 500 kHz ອັດຕາການຊ້ໍາອີກ. ຄວາມໄວໃນການສະແກນຖືກຕັ້ງຢູ່ 225 ມມ.
ລາຍລະອຽດຂອງຮ່ອງໄດ້ຖືກວັດແທກຢູ່ໃນເສັ້ນທາງທີ່ຖືກຍົກເລີກເພື່ອເປີດເຜີຍຄວາມກວ້າງຂອງພື້ນທີ່ຂອງວັດສະດຸທີ່ຖືກຍົກເລີກແລະເລື່ອຍໆ. ປະລິມານ groove ໃນໄລຍະນີ້ຢູ່ໃນຫຼັງຈາກນັ້ນຫມາຍເຖິງປະລິມານທີ່ຖືກ ablated ພາຍໃຕ້ຫນ້າດິນຕົ້ນ. ຄໍາສັບທີ່ຖືກໂຍກຍ້າຍອອກຫມາຍເຖິງຈໍານວນເງິນຂອງຊິລິໂຄນທີ່ຖືກໂຍກອອກຈາກແຫຼ່ງ; ຄືພື້ນທີ່ groove ລົບພື້ນທີ່ recast. ຄ່າປະລິມານທີ່ໄດ້ຖືກນໍາສະເຫນີຢູ່ໃນຫນ່ວຍຂອງ m m, ຊຶ່ງເປັນພື້ນທີ່ໃນຄໍາຖາມທີ່ຖືກວັດແທກຈາກສ່ວນຕັດທີ່ຄູນດ້ວຍຄວາມຍາວ 1 μmຕາມຄວາມຍາວຂອງຮ່ອງ. ເນື່ອງຈາກວ່າໂປແກຼມໄດ້ມາຈາກການວັດແທກເສັ້ນຜ່ານທາງຮ່ອງແລະບໍ່ແມ່ນມາຈາກການວັດແທກຂອງປະລິມານຕົວຈິງ, ຜົນໄດ້ຮັບແມ່ນບໍ່ຊັດເຈນ. ເຖິງຢ່າງໃດກໍ່ຕາມ, ພວກເຂົາເປັນຕົວເລກທີ່ດີທີ່ສຸດຂອງລະດັບກາງຂອງຮົ້ວ.
ຜົນໄດ້ຮັບສະແດງໃຫ້ເຫັນວ່າອັດຕາການຍົກເລີກດ້ວຍຄວາມກົດດັນຂອງ nanosecond ໄດ້ຮັບຜົນກະທົບຢ່າງຫຼວງຫຼາຍໂດຍຄວາມຖີ່ຫຼືພະລັງງານຫມູນວຽນ, ໃນຂະນະທີ່ອັດຕາການລົບລ້າງດ້ວຍ picosecond pulses ແມ່ນອິສະລະຂອງຄວາມຖີ່ໃນຂອບເຂດທົດລອງທີ່ໄດ້ຮັບການທົດສອບ. ດ້ວຍຄວາມກົດດັນ nanosecond, ປະລິມານ groove ເພີ່ມຂຶ້ນຢ່າງຫຼວງຫຼາຍດ້ວຍພະລັງງານກໍາມະຈອນ. ອັດຕາການຊ້ໍາ 50 kHz, ເທົ່າກັບ 92 μJກໍາລັງພະລັງງານ, ສ້າງຮ່ອງທີ່ມີພື້ນທີ່ດ້ານຕັດຂອງ 263 m 2. ໃນການໄຫຼວຽນນີ້ຈໍານວນເງິນຂອງການຟື້ນຕົວແມ່ນຂະຫນາດນ້ອຍແລະປະລິມານການເອົາອອກຈາກສ່ວນຕັດຂອງຮ່ອງແມ່ນ 24.2 μm3.
ການເພີ່ມຂີດຄວາມຖີ່ໄດ້ເຮັດໃຫ້ຮູບຂອງ groove, ເຊິ່ງໄດ້ຫຼຸດລົງແລະຫຼຸດລົງກ່ວາທີ່ສ້າງດ້ວຍພະລັງແຮງດັນສູງ. ນອກຈາກນີ້ປະລິມານທີ່ກ່ຽວຂ້ອງຂອງ recast ເມື່ອທຽບກັບປະລິມານ groove ເພີ່ມຂຶ້ນຢ່າງຫຼວງຫຼາຍ. ໃນອັດຕາການຊ້ໍາ 200 kHz (2.3J) ປະລິມານ groove ແມ່ນ 5.8 m3 ແລະການພິຈາລະນາ recast, ປະລິມານຂອງວັດສະດຸທີ່ຖືກໂຍກຍ້າຍແມ່ນພຽງແຕ່ 4.0 m3. ໃນກໍລະນີນີ້ຫຼາຍກວ່າ 30% ຂອງອຸປະກອນທີ່ຖືກໂຍກຍ້າຍອອກຈາກຮ່ອງໄດ້ຖືກປັບໃຫມຢູ່ແຄມຂອງຮ່ອງແລະບໍ່ຖືກຍົກເລີກ. ຄວາມເລິກຂອງຮ່ອງໄດ້ເຫນັງຕີງລະຫວ່າງ 0 ຫາ 3.5 μm. ດັ່ງນັ້ນ, ໂປຼແກຼມສໍາລັບຕົວຢ່າງ 200 kHz ແມ່ນໄດ້ມາຈາກມູນຄ່າສະເລ່ຍຂອງສາມການວັດແທກສ່ວນບຸກຄົນ, ເພື່ອໃຫ້ໄດ້ປະເມີນຜົນຂອງປະລິມານທີ່ຖືກລົບລ້າງ. ພາກສ່ວນຕັດຂອງຮ່ອງທີ່ຖືກຍົກເລີກດ້ວຍຄວາມກົດດັນຂອງ nanosecond ແມ່ນສະແດງຢູ່ໃນຮູບທີ່ 2. Grooves ablated at 225 mm / s velocity speed using 50 ແລະ 200 kHz ອັດຕາການຊ້ໍາຄືນແມ່ນສະແດງໃນຮູບທີ 3 ແລະຮູບທີ 4 ຕາມລໍາດັບ.
ຮູບທີ 2: ສ່ວນຕັດຂອງຮ່ອງຮອຍທີ່ຖືກລົບກວນດ້ວຍເລເຊີ nanosecond.
ຮູບພາບ 3 Groove ablated ໂດຍການ nanosecond pulses. ຄວາມໄວໃນການສະແກນ 225 ມມ / ຂະ, ອັດຕາການຊ້ໍາ 50 kHz.
ຮູບພາບ 4 Groove ablated ໂດຍ pulses nanosecond.
ຄວາມໄວໃນການສະແກນ 225 ມມ / ຂະ, ອັດຕາການຊ້ໍາ 200 kHz.
ເມື່ອພະລັງງານຂອງສາຍໃນແຕ່ລະກໍລະນີມີຄວາມເທົ່າທຽມກັນ, ສ່ວນໃຫຍ່ຂອງພະລັງງານເລເຊີໄດ້ຖືກສູນເສຍໄປໃນຂະບວນການຍົກເລີກໃນເວລາທີ່ອັດຕາການຊ້ໍາຊ້ໍາໄດ້ເພີ່ມຂຶ້ນເທື່ອລະກ້າວຈາກ 50 ຫາ 200 kHz. ການເພີ່ມຂຶ້ນນີ້ໃນຄວາມຖີ່ທີ່ເຮັດໃຫ້ຄວາມກວ້າງກໍາລັງປ່ຽນແປງຈາກ10.2 ns ກັບ 28.4 ns ແລະພະລັງງານກໍາມະຈອນເພື່ອຫຼຸດລົງຈາກ 9.2 ຫາ 2.3 J. ທັງສອງປັດໄຈເຫຼົ່ານີ້ໄດ້ຫຼຸດຜ່ອນຄວາມແສງສະຫວ່າງໃນພື້ນທີ່ຂອງບ່າຊຶ່ງປ່ຽນແປງຈາກ 1,15 ຫາ 010 GW / cm2. ໃນເວລາດຽວກັນ, ຂະບວນການນີ້ໄດ້ກາຍເປັນຄວາມບໍ່ຫມັ້ນຄົງແລະການເຫນັງຕີງໃນຄວາມເລິກຂອງຮ່ອງແລະຄວາມກວ້າງແມ່ນເຫັນໄດ້ຊັດເຈນຫຼາຍ.
ຄວາມກົດດັນທີ່ຍາວນານສາມາດຖືກດູດຊຶມເຂົ້າໄປໃນຫຼືຖືກສະທ້ອນຈາກ plasma ທີ່ໄດ້ນໍາເອົາໄປສູ່ laser ໃນລະດັບທີ່ສູງກວ່າ. ຂອບເຂດສໍາລັບການສ້າງຕັ້ງເປັນ plasma ສໍາລັບວັດຖຸຈໍານວນຫຼາຍແມ່ນຢູ່ໃນປະມານ 0.3 GW / cm2 [12]. ນັບຕັ້ງແຕ່ການແສງສະຫວ່າງສະເລ່ຍຢູ່ທີ່ 200 kHz ແມ່ນພຽງແຕ່ 010 GW / cm2 ແລະການສ່ອງແສງສູງສຸດຢູ່ທີ່ສູນກາງຂອງບ່າແມ່ນ 0.2 GW / cm2, ການປ້ອງກັນ plasma ບໍ່ຄວນມີບົດບາດໃນອັດຕາການຊ້ໍາອີກ, ແຕ່ຢູ່ໃນຄວາມຖີ່ຕ່ໍາ. Particles hovering ຂ້າງເທິງຈຸດປະສານງານສາມາດ, ເຖິງວ່າຈະມີຜົນກະທົບໃນຂະບວນການ ablation, ໂດຍສະເພາະໃນອັດຕາການຊ້ໍາສູງ. ຂອບເຂດຂອງຜົນກະທົບ plasma / plume ລະຫວ່າງ pulse ດັ່ງກ່າວບໍ່ສາມາດຄາດຄະເນໄດ້ໂດຍອີງໃສ່ການທົດລອງທີ່ໄດ້ດໍາເນີນການ.
ສາເຫດທີ່ອາດຈະເຮັດໃຫ້ອັດຕາການໂຍກຍ້າຍວັດສະດຸຕ່ໍາຢູ່ໃນຄວາມຖີ່ສູງມີຄວາມກ່ຽວຂ້ອງກັບຄວາມດັນເລືອດ. ການເຮັດວຽກໃກ້ຊິດກັບລະດັບການຍົກເລີກດ້ວຍຄວາມກົດດັນທີ່ຍາວກວ່ານັ້ນກໍ່ເຮັດໃຫ້ສະຖານະການທີ່ສ່ວນຫນຶ່ງຂອງພະລັງງານກໍາລັງຖືກນໍາໃຊ້ເພື່ອເຮັດໃຫ້ຄວາມຮ້ອນຂອງວັດສະດຸໃນໄລຍະແຂງແລະແຫຼວໃນການເຮັດຄວາມຮ້ອນແລະເອົາວັດຖຸ. ໃນເວລາດຽວກັນ, ຄວາມກົດດັນທີ່ຫຼຸດລົງ, ເຊິ່ງແມ່ນອັດຕາສ່ວນຂອງການສ່ອງແສງ [9,18], ແມ່ນຫຼຸດລົງຫຼຸດລົງການສູນເສຍນ້ໍາຈາກຮ່ອງ.
ການກໍາຈັດສິ່ງເສດເຫຼືອທີ່ມີກໍາລັງ ns ແມ່ນປະມານສອງເທົ່າທີ່ມີປະສິດທິຜົນກ່ວາກັບ picosecond pulses ໃນເວລາທີ່ອັດຕາການເລິ່ມຕົ້ນແມ່ນ 100 kHz (4.6 ພະລັງງານຈອນ J). ແຮງດັນຂອງ Nanosecond ສ້າງປະລິມານ groove ຂອງ16.7 m3 ເມື່ອທຽບກັບ 73 μm3ຂອງ picosecond pulses. ຢູ່ທີ່ 200 kHz, ຮ່ອງໄດ້ປະມານປະມານເທົ່າທຽມກັນໃນປະລິມານທີ່ມີຮ່ອງ picosecond ເປັນ 6.2 m3 ໃນປະລິມານແລະ groove nanosecond 5.8 m3.
ຢ່າງໃດກໍຕາມ, ຈໍານວນຫນ້ອຍຂອງ silic recast ມີຢູ່ໃນຂອບແຄມໃບ picosecond ແລະການໂຍກຍ້າຍອຸປະກອນຢ່າງແທ້ຈິງທີ່ມີ picosecond pulses ແມ່ນ 5.8 μm 3 ແລະ 4.0m3 ທີ່ມີ nanosecond pulses. ສ່ວນປະລິມານຂອງຮ່ອງສໍາລັບການທົດລອງ picosecond ແມ່ນນໍາສະເຫນີໃນແລະຮູບທີ່ 5. ປະລິມານແລະປະລິມານທີ່ໄດ້ຖືກລຶບອອກແມ່ນຖືກນໍາສະເຫນີເປັນຫນ້າທີ່ຂອງອັດຕາການຊ້ໍາແລະພະລັງງານຫມູນວຽນໃນຮູບທີ່ 6. ຜົນໄດ້ຮັບທີ່ຄ້າຍຄືກັນກ່ຽວກັບຄວາມສໍາພັນລະຫວ່າງໄລຍະເວລາຂອງກໍາມະຈອນແລະອັດຕາການໂຍກຍ້າຍທີ່ໄດ້ຮັບໂດຍໃຊ້ຮູບແບບຄວາມຮ້ອນສອງເທົ່າສໍາລັບການລົບລ້າງອະລູມິນຽມ [19] ການສັກຢາເລັບ Picosecond ມີປະສິດທິພາບຫຼາຍເມື່ອທຽບກັບການນໍາໃຊ້ການລະບາດຂອງ nanosecond ໃນເວລາທີ່ປະຕິບັດງານເລັກນ້ອຍຂ້າງເທິງລະດັບການຢຸດເຊົາການຖອນນ້ໍາຂອງ nanosecond. ໃນເວລາທີ່ fluence ເລເຊີໂດຍສະເພາະແມ່ນເກີນຫ້າມ ablation nanosecondຈຸດປະສົງ, ການປຸງແຕ່ງທີ່ມີ nanosecond pulses ກາຍເປັນປະສິດຕິຜົນຫຼາຍປະສິດທິຜົນ.
ຮູບທີ 5: ສ່ວນຕັດຂອງກ້ານໃບທີ່ຖືກລົບກວນດ້ວຍ laser picosecond.
ຮູບທີ 6: ພື້ນທີ່ສໍາລັບຮ່ອງແລະອຸປະກອນການເອົາອອກ.
ອັດຕາການຊ້ໍາໄດ້ມີພຽງແຕ່ຜົນກະທົບເລັກນ້ອຍໃນອັດຕາການຖອນເອົາວັດຖຸທີ່ມີ picosecond pulses ແລະການປ່ຽນແປງເຫຼົ່ານີ້ສາມາດຖືກຄາດທີ່ຈະຢູ່ພາຍໃນຄວາມຜິດພາດໃນການວັດແທກ. ປະລິມານການເອົາອອກໃນທຸກໆກໍລະນີລະຫວ່າງ 5.8 ແລະ 6.7 μm3ແລະປະລິມານການລະເບີດໃນແຕ່ລະກໍລະນີທີ່ຫນ້ອຍກວ່າ 10% ຂອງປະລິມານວັດຖຸທີ່ຖືກລົບອອກ. ໃນເວລາທີ່ແສງສະຫວ່າງຢູ່ໃນຄວາມຖີ່ 100 ຫາ 500 kHz ເກີນຄວາມເຂັ້ມຂອງການຫຼຸດລົງຂອງຊິລິກ, ອັດຕາການລົບລ້າງແມ່ນກ່ຽວຂ້ອງກັບພະລັງງານໄຟຟ້າແທນທີ່ຈະກ່ວາພະລັງງານຂອງພະລັງງານ, ຕາມປະສົບການໃນການປຸງແຕ່ງ nanosecond.
ຄວາມແຕກຕ່າງຕົ້ນຕໍລະຫວ່າງຮ່ອງທີ່ຖືກທໍ່ໃນອັດຕາການຊ້ໍາຕ່ໍາຫຼືສູງແມ່ນຄວາມກວ້າງຂອງຮ່ອງ, ເຮັດໃຫ້ຮ່ອງໄດ້ຖືກຍົກເລີກໃນອັດຕາການຊ້ໍາເລິກສູງ. ຮ່ອງທີ່ຖືກລົບລ້າງຢູ່ 500 kHz ສະແດງໃຫ້ເຫັນພື້ນທີ່ດ້ານຫນ້າຂອງ width 15 m, ບ່ອນທີ່ການປິ່ນປົວ laser ແມ່ນສັງເກດເຫັນ. ຢູ່ 300 ແລະ 200 kHz, ຄວາມກວ້າງຂອງພື້ນທີ່ນີ້ແມ່ນ 16 ແລະ 18 μm, ຕາມລໍາດັບ. ໃນເວລາທີ່ຄວາມຖີ່ຂອງການໄດ້ຫຼຸດລົງເຖິງ 100 kHz, ຄວາມກວ້າງເພີ່ມຂຶ້ນເຖິງ 25 μm, ທີ່ມີຮ່ອງຮອຍຂອງການ ablation ເລເຊີເຖິງ 20 m ຈາກສູນກາງຂອງເສັ້ນທາງ. ຜົນກະທົບທີ່ຄ້າຍຄືກັນແມ່ນເຫັນໄດ້ໃນເສັ້ນທາງທີ່ຖືກລົບລ້າງຢູ່ໃນຄວາມໄວຂອງການສະແກນຕ່ໍາຂອງ 100 ແລະ 150 ມມຕໍ່ປີ. ການຂະຫຍາຍເສັ້ນທາງທີ່ຖືກຍົກຍ້າຍທີ່ມີພະລັງແຮງດັນເພີ່ມຂຶ້ນສາມາດໄດ້ຮັບການອະທິບາຍບາງສ່ວນໂດຍການເພີ່ມຂື້ນຂອງເສັ້ນຜ່າກາງຈຸດທີ່ມີປະສິດທິຜົນ, ເຊິ່ງແມ່ນສ່ວນຫນຶ່ງຂອງແກມເລເຊີ laser profile, ຊຶ່ງໃນນັ້ນການສັ່ນສະເທືອນສູງກວ່າລະດັບການຍົກເລີກ. ອີງຕາມການຄິດໄລ່, ຜົນກະທົບຂອງເສັ້ນຜ່ານແດນທີ່ມີປະສິດທິພາບຄວນຈະມີພຽງແຕ່ຢູ່ໃນລະດັບຂອງ microns ຫນ້ອຍ. ເປັນສາເຫດທີ່ມີຜົນກະທົບຫຼາຍທີ່ສຸດສໍາລັບຜົນກະທົບນີ້ຈະເປັນການດູດຊຶມຂອງ plasma ແລະການກະຈາຍຂອງເຟືອງ. ການຕິດຕາມທັກສະທີ່ຕໍ່າສຸດ 500 ແລະ 100 kHz ກໍາລັງສະແດງຢູ່ໃນຮູບທີ່ 7 ແລະຮູບທີ 8 ຕາມລໍາດັບ.
ຮູບທີ 7 ຮູບພາບຂອງ groove ablated ກັບ ps pulses ຢູ່ທີ່ຄວາມຖີ່ຄືນ 500 kHz ແລະ 225 ມມ / s ຄວາມໄວການສະແກນ.
ຮູບທີ 8 ຮູບແບບຂອງຮ່ອງທີ່ຖືກລົບລ້າງດ້ວຍຄວາມກົດດັນ ps ໃນອັດຕາການຊ້ໍາ 100 kHz ແລະຄວາມໄວໃນການສະແກນ 225 ມມ.
ຮູໃນຊິລິໂຄນ
ຮູໄດ້ຖືກຂຸດຜ່ານ 200 micrometer silicon wafer ໂດຍນໍາໃຊ້ເສັ້ນທາງສະແກນສະແດງໃຫ້ເຫັນໃນຮູບທີ 1. ຄວາມໄວເສັ້ນຂອງເສັ້ນໂຄ້ງແມ່ນ 20 ມມ / ວິນາທີແລະຄວາມໄວຮອບຕາມເສັ້ນຜ່າກາງແມ່ນປະມານ 115 ມມ / ວິນາທີ. ຂຸມໃນເບື້ອງຕົ້ນໄດ້ຖືກຂຸດດ້ວຍ laser ທັງສອງຢູ່ໃນອັດຕາການຊ້ໍາ 100 kHz ເຊິ່ງເຮັດໃຫ້ພະລັງງານກໍາລັງປະມານ 4.6 μJ. ການໂຍກຍ້າຍບໍ່ຄົບຖ້ວນສົມບູນຂອງວັດສະດຸທີ່ຫຼຸບແລະລະລາຍໄດ້ຈໍາກັດການນໍາໃຊ້ຕົວກໍານົດເຫຼົ່ານີ້ໃນການເຈາະເລິກຂອງ nanosecond. ຢູ່ທີ່ຄວາມໄວຮອບວົງຈອນທີ່ນໍາໃຊ້, ກໍາມະຈອນກັບກໍາມະຈອນເຕັ້ນແມ່ນເກືອບ 90% ແລະເຫັນໄດ້ຈາກປະສົບການຂອງຮ່ອງຮອຍ, laser nanosecond ຮຽກຮ້ອງໃຫ້ມີອຸປະກອນທີ່ມີປະສິດທິພາບຫນ້ອຍກວ່າ 80%. ໃນ 100 kHz ຂຸມໄດ້ກາຍເປັນເຕັມໄປດ້ວຍການປິດກັ້ນ silicon dioxide ແລະກະແຈກກະຈາຍ laser beam ເຂົ້າແລະຜ່ານ penetration ບໍ່ສາມາດໄດ້ຮັບການ achived. ຄວາມຖີ່ໄດ້ຖືກຫຼຸດລົງເປັນ 30 kHz ເພື່ອສ້າງຄວາມສະອາດຜ່ານຮູໃນຕົວຢ່າງ. ນີ້ເຮັດໃຫ້ການເພີ່ມກໍາລັງແຮງດັນຂອງພະລັງງານ 333% ແລະການຫຼຸດຜ່ອນຄວາມກວ້າງປະມານຈາກ 18,6 ຫາ 9 ns. ໂດຍລວມແລ້ວ, ໂດຍສະເລ່ຍຄວາມເຂັ້ມແຂງໃນທົ່ວພື້ນທີ່ຂອງດ້າມໄດ້ເພີ່ມຂຶ້ນໂດຍປັດໄຈທີ່ 7 ຫາມູນຄ່າ 2.2 MW / cm2. ຄວາມເຂັ້ມແຂງສູງສຸດດັ່ງນັ້ນຈຶ່ງບັນລຸມູນຄ່າ 4.3 MW / cm2 ຢູ່ທີ່ສູນກາງຂອງແກ້ວປະກອບ Gaussian.
ຂຸມທີ່ຂຸດດ້ວຍ nanosecond ແລະ picosecond pulses ແມ່ນສະແດງໃນຮູບທີ 9 ແລະຮູບທີ 10, ຕາມລໍາດັບ. ໄລຍະເວລາຂຸດເຈາະແມ່ນ 0,78 ໃນທັງສອງກໍລະນີ. ຄວາມແຕກຕ່າງໃນເສັ້ນຜ່າສູນກາງທາງເຂົ້າແມ່ນມາຈາກຄວາມແຕກຕ່າງໃນການສະແກນສະແກນ.
ຮູບທີ 9 ທາງເຂົ້າ (ເບື້ອງຊ້າຍ) ແລະອອກ (ຂວາ) ຂອງຂຸມທີ່ຂຸດໂດຍໃຊ້ຄວາມກົດດັນຂອງ nanosecond. Pulse energy 153 J
ການສືບສວນເບື້ອງຕົ້ນຂອງທາງເຂົ້າມາສະແດງໃຫ້ເຫັນວ່າຂຸມທັງສອງແມ່ນຄ້າຍຄືກັນກັບຄຸນນະພາບ. ຄວາມແຕກຕ່າງຕົ້ນຕໍແມ່ນຮູບແບບການແກ້ໄຂໃນຮູບແບບການປຸງແຕ່ງ nanosecond ໄດ້ຖືກຝາກໄວ້ຕາມທາງຂວາງ, ໃນຂະນະທີ່ຕົວຢ່າງທີ່ໄດ້ຮັບການປະຕິບັດ picosecond ໄດ້ສະແດງໃຫ້ເຫັນວົງແຫວນຮອບປະຕູຮົ້ວ. ທັງສອງດ້ານການທ່ອງທ່ຽວໄດ້ເປີດເຜີຍຄວາມແຕກຕ່າງທີ່ແຕກຕ່າງກັນຂຶ້ນກັບwidth pulse ກໍາແພງຫີນຂອງ nanosecond ໄດ້ຖືກປົກຄຸມດ້ວຍສິ່ງທີ່ເບິ່ງຄືວ່າເປັນຊັ້ນເລິກ. ແຕ່ໃນກໍລະນີຂອງ laser picosecond, ຝາປະຕູຢູ່ໃກ້ກັບການໄຫຼຂອງຂຸມແມ່ນລຽບງ່າຍແລະບໍ່ສະແດງອາການຂອງວັດສະດຸທີ່ຖືກແກ້ໄຂ. ທີ່ໃຊ້ເວລາຂຸດເຈາະຍາວຈະໄດ້ຮັບການເລຂາຄະນິດທາງຮູຂຸມຂົນ / ຮູບວົງແຫວນທີ່ມີຂະຫນາດ picosecond ຫຼາຍ. ໃນທັງສອງກໍລະນີດັ່ງກ່າວໄດ້ຖືກປິດອອກຫຼັງຈາກການປະຕິວັດ 150 ຄັ້ງໂດຍບໍ່ມີການປັບປຸງໃຫມ່.
ຮູບທີ 10 ທາງເຂົ້າ (ຊ້າຍ) ແລະອອກ (ຂວາ) ຂອງຂຸມເຈາະໂດຍໃຊ້ picosecond pulses. Pulse energy 46 J
ການສັງເກດຈາກ TEM ຈາກສູນກາງຂອງ wafer 200 μmຊີ້ໃຫ້ເຫັນວ່າຈຸນລະພາກຢູ່ແຄມຂອງຮູທີ່ຖືກສ້າງຂື້ນໂດຍ picosecond ແລະ nanosecond pulses ແມ່ນແຕກຕ່າງກັນຫມົດ. ຮູບທີ່ 11 ສະແດງໃຫ້ເຫັນວ່າຄວາມຜິດປົກກະຕິ (dislocations) ຖືກນໍາໃຊ້ໂດຍການເຈາະ nanosecond, ໃນຂະນະທີ່ຄຸນລັກສະນະຕົ້ນຕໍໃນຂຸມເຈາະ pulse picosecond ແມ່ນ layer ຂອງ nanoparticles ທີ່ຢູ່ໃກ້ກັບກໍາແພງຮູ.
ຮູບທີ 11 ໂຄງສ້າງຂອງຈຸລັງຂອງຂອບທີ່ຖືກສ້າງຂື້ນໂດຍຄວາມກົດດັນຂອງ nanosecond (ຊ້າຍ) ແລະ picosecond pulses (ຂວາ).
ຮູບສະແດງ 12 ສະແດງໃຫ້ເຫັນຄວາມແຕກຕ່າງທີ່ນໍາສະເຫນີໂດຍຫລອດເລເຊີເລິກຂອງ nanosecond. ມັນໄດ້ຖືກພົບເຫັນວ່າທິດທາງ dislocation ແມ່ນສະເຫມີໄປ perpendicular ກັບຫນ້າດິນຂອງຂຸມໄດ້. ການຜິດປົກກະຕິແມ່ນຕັ້ງຢູ່ໃນຊິລິໂຄນດຽວກັນແລະອາດເກີດຂື້ນຈາກຄວາມກົດດັນທີ່ເກີດຈາກຄວາມຮ້ອນໃນລະຫວ່າງການເຈາະ.
ຂະນະທີ່ສະແດງໃຫ້ເຫັນໃນຮູບທີ່ 12, ພື້ນທີ່ຫມາຍວ່າ "A" ມີບາງເມັດຂະຫນາດນ້ອຍທີ່ເປັນຮູບຜລຶກທີ່ໄດ້ສະແດງໂດຍຮູບແບບການກະຈາຍອິເລັກຕອນ (SAED) ທີ່ເລືອກໃນຮູບທີ່ 12 b). ການວິເຄາະ EDS ຈາກເຂດ "A" ສະແດງໃຫ້ເຫັນວ່າພື້ນທີ່ນີ້ມີພຽງແຕ່ Si. ເຫດຜົນຂອງການສ້າງຕັ້ງຂອງເມັດພືດເຫຼົ່ານີ້ແມ່ນບໍ່ຮູ້ຈັກ. ຢ່າງໃດກໍ່ຕາມມີສອງຄວາມເປັນໄປໄດ້; ຫນຶ່ງແມ່ນວ່າພວກເຂົາ recrystallized ຈາກອຸປະກອນ recast ຄັ້ງທໍາອິດທີ່ melted ໂດຍ nanosecond pulses, ອີກອັນຫນຶ່ງແມ່ນເຂດ A ຖືກແຍກອອກເປັນເມັດຂະຫນາດນ້ອຍໂດຍກົງຈາກ Si wafer.
ຮູບທີ່ 12 a) ການປ່ຽນແປງຢູ່ແຄມຂອງຂຸມທີ່ນໍາສະເຫນີໂດຍຫລອດເລເຊີເລິກຂອງໂນນຊິງຕັນ. b) ຮູບແບບການກະຈາຍ electron ພື້ນທີ່ທີ່ເລືອກຈາກພື້ນທີ່ "A".
ການສັງເກດໃນພື້ນທີ່ອື່ນໃນຕົວຢ່າງທີ່ຖືກຂຸດດ້ວຍຄວາມກົດດັນຂອງ nanosecond ແມ່ນສະແດງໃຫ້ເຫັນໃນຮູບທີ່ 13 ຮູບແບບ SAED ທີ່ໄດ້ຮັບຈາກພື້ນທີ່ "B" ສະແດງໃຫ້ເຫັນວ່ານິເວດໃນພື້ນທີ່ນີ້ແມ່ນສ່ວນໃຫຍ່ແມ່ນ nanoparticles Si ແຕ່ spectrum EDS ຍັງສະແດງໃຫ້ເຫັນຈໍານວນຫນ້ອຍ O ໃນເຂດນີ້. ອາຍແກັສອາດຈະໄດ້ຮັບການປະກອບສ່ວນໂດຍກາວ, ຫຼືຈໍານວນຫນ້ອຍຂອງ SiO2.
ໃນຮູບທີ 14, ພື້ນທີ່ຫມາຍວ່າ "D" ສະແດງໃຫ້ເຫັນລັກສະນະທີ່ບໍ່ມີຕົວຕົນທີ່ມີ Si ແລະຈໍານວນຫນ້ອຍຂອງ O, ເຊິ່ງອາດຈະປະກອບສ່ວນຈາກພື້ນທີ່ກາວ.
ຮູບທີ່ 13 a) ພື້ນທີ່ອື່ນທີ່ຂອບຂອງຂຸມເຈາະດ້ວຍຄວາມກົດດັນເລນເລີໂນນ, b) ຮູບແບບ SAED ຈາກພື້ນທີ່ "B".
ຮູບທີ 14 ການປ່ຽນແປງແລະການວັດສັນຍາລັກທີ່ບໍ່ມີປະໂຫຍດ Si ຢູ່ແຄມຂອງຂຸມເຈາະດ້ວຍຄວາມກົດດັນຂອງ nanosecond. ຮູບແບບ SAED ຂອງພື້ນທີ່ C ແລະ D ແມ່ນສະແດງໃຫ້ເຫັນ.
ເຖິງຢ່າງໃດກໍ່ຕາມຄວາມກົດດັນຂອງ nanosecond ເຮັດໃຫ້ຄວາມເສຍຫາຍຂອງຄວາມຮ້ອນແລະກົນຈັກກັບຝາຮູ, ຄວາມຫນາຂອງຊັ້ນທີ່ເສຍຫາຍລະຫວ່າງຊັ້ນຊັ້ນນອກຂອງວັດສະດຸທີ່ປັບປ່ຽນແລະຊິລິໂຄນດຽວແມ່ນຢູ່ໃນສະຖານທີ່ທັງຫມົດທີ່ຖືກຄົ້ນພົບຫນ້ອຍກວ່າ 1 μm. ນີ້ສະແດງໃຫ້ເຫັນວ່າຄວາມກົດດັນສູງສຸດທີ່ເກີດຈາກຄວາມກົດດັນຂອງການສູນເສຍເລຊ່ຶງອັດຕາການເລີ້ມເລິກຕ່ໍາເຮັດໃຫ້ລະອຽດອ່ອນລົງຈາກຂຸມແລະບໍ່ມີຊັ້ນເລຊ່ຶງເລິກທີ່ຖືກສ້າງຂຶ້ນຢູ່ເທິງກໍາແພງຂອງຂຸມ. ມັນຍັງເປັນໄປໄດ້ວ່າເນື່ອງຈາກຄວາມຍາວຂອງ 355 nm, ພຽງແຕ່ຈໍານວນເລັກນ້ອຍຂອງຄວາມຮ້ອນຂອງຄວາມຫນາແຫນ້ນຂອງຝາຮູແມ່ນເກີດຂື້ນໂດຍຜ່ານການດູດຊຶມຂອງ plasma ແລະເຂດທີ່ມີຄວາມຮ້ອນທີ່ຍັງເຫຼືອຫນ້ອຍ.
ຮູບທີ 15 ສະແດງໃຫ້ເຫັນການກວດກາຢ່າງໃກ້ຊິດກ່ຽວກັບຂອບຂອງຂຸມທີ່ຜະລິດໂດຍຫລ່ຽມ picosecond laser. wafer silicon ແມ່ນບໍ່ເສຍຄ່າແລະບໍ່ມີຂໍ້ບົກພ່ອງກົນຈັກພົບໃນການກວດສອບ TEM. ຊິລິໂຄນແບບດ່ຽວດຽວໄດ້ຖືກກໍານົດໂດຍຊັ້ນຫນາ 50-100 nm. ຊັ້ນນີ້ຄ້າຍຄືກັບຮູບເງົາທີ່ອະທິບາຍໃນຫນັງສືທີ່ຜ່ານມາ [8]. ດັ່ງນັ້ນຈຶ່ງສາມາດຄິດວ່າຮູບເງົານີ້ແມ່ນ silicon ໂລຫະຊຶ່ງໄດ້ຖືກແກ້ໄຂໃນສະພາບທີ່ບໍ່ມີປະໂຫຍດ. ຮູບເງົາໄດ້ສະແດງໃຫ້ເຫັນໃນຮູບທີ 15 ດ້ວຍລູກສອນ. ຮູບຮ່າງຂອງ Nanoparticles ທີ່ມີເສັ້ນຜ່າກາງປະມານ 100 nm ພົບຢູ່ໃນກາວໃກ້ຊິດກັບຊັ້ນທົດແທນ, ຮູບທີ 15. ຮູບແບບການກະແຈກກະຈາຍຂອງເອເລັກໂຕຣນິກໃນພື້ນທີ່ເລືອກ (SAED) ຈາກພື້ນທີ່ທີ່ມີຈຸລັງ nanoparticles ສະແດງໃຫ້ເຫັນລັກສະນະທີ່ບໍ່ມີຕົວຕົນ, ສະແດງວ່າ nanoparticles ແມ່ນ noncrystallines, ທີ່ຢູ່ ດັ່ງທີ່ໄດ້ລະບຸໄວ້ໃນການວິເຄາະ EDS, ຮູບທີ່ 16, ເຂດກາວທີ່ມີ C, O ແລະຈໍານວນນ້ອຍຂອງ Cl, ໃນຂະນະທີ່ Si ກວດພົບຈາກພື້ນທີ່ກາວຄວນມາຈາກ Si wafer. Cu (ຈຸດສູງສຸດທີ່ບໍ່ສາມາດເຫັນໄດ້ໃນຮູບທີ່ 16) ຄວນຈະມາຈາກວົງທອງແດງຕິດກັບຕົວຢ່າງ. ໃນຂົງເຂດ nanoparticle, ສະແດງໃຫ້ເຫັນໂດຍຮູບທີ 16 b), ການວິເຄາະ EDS ສະແດງ Si, C ແລະ O. ເຖິງແມ່ນວ່າ C ແລະ O ອາດຈະມາຈາກກາວ, ການປຽບທຽບລະຫວ່າງ C ແລະ O ໃນເຂດກາວແລະອັດຕາສ່ວນຂອງ C ແລະ O ໃນພື້ນທີ່ nanoparticle ຊີ້ໃຫ້ເຫັນວ່າ, ຢ່າງຫນ້ອຍສ່ວນຫນຶ່ງຂອງ nanoparticles amorphous ໄດ້ຖືກ deoxidized.
ຮູບແບບ SAED ຈາກພື້ນທີ່ແຂບຂອງຮູສະແດງໃຫ້ເຫັນຄວາມແຕກຕ່າງຂອງຮູບແບບຂອງແກ້ວດຽວ, ຮູບທີ 15 c).
ຮູບທີ 15 ການວິເຄາະຈຸນລະພາກກ່ຽວກັບຂອບຂອງຂຸມເຈາະໂດຍ picosecond pulses. a) Nanoparticles at the edge of the hole, and the selected area electron diffraction selected from b) area nanoparticle and c) Si wafer
ຮູບທີ 16 ການວິເຄາະ EDS ກ່ຽວກັບພື້ນທີ່ກາວ, ຂ) nanoparticles ແລະ c) ພື້ນທີ່ wafer Si.
ອີງຕາມການສໍາຫຼວດ TEM ມັນສາມາດສະຫຼຸບວ່າເມື່ອທຽບກັບຄວາມກົດດັນຂອງ nanosecond, ການປະຕິບັດ picosecond ເຮັດໃຫ້ຜົນກະທົບຄວາມຮ້ອນທີ່ບໍ່ມີຜົນຕໍ່ວັດຖຸຂອງພໍ່ແມ່ທີ່ບໍ່ມີອາການຄວາມເສຍຫາຍທາງກົນຈັກ. ການປຸງແຕ່ງ Nanosecond ສ້າງຄວາມເສຍຫາຍຄວາມຮ້ອນແລະກົນຈັກກັບຝາຮູໃນຮູບແບບຂອງການຜິດປົກກະຕິ, recaststallized ວັດຖຸ, ໃນຂະນະທີ່ການຂຸດ picosecond ເຮັດໃຫ້ພຽງແຕ່, < 100 nm, layer resolidification ກັບກໍາແພງຂອງຂຸມ. ພື້ນຜິວໄດ້ຖືກປົກຄຸມບາງສ່ວນໂດຍ nanoparticles amorphous, ຊຶ່ງອາດຈະປະກອບດ້ວຍຊິລິໂຄນຢ່າງຫນ້ອຍຊິລິໂຄນບາງສ່ວນ. ການສັງເກດການທັງຫມົດເຫຼົ່ານີ້ຊີ້ໃຫ້ເຫັນວ່າຂະບວນການຫຼາຍທີ່ເກີດຈາກການໃສ່ຄວາມຮ້ອນຫຼາຍໃນວັດສະດຸກໍ່ເກີດຂຶ້ນໃນລະຫວ່າງການຂຸດເຈາະນ້ໍາ nanosecond ກ່ວາໃນການຂຸດ picosecond.
ຂໍ້ສະຫຼຸບ
ຮ່ອງແລະຂຸມໄດ້ຖືກຜະລິດໃນ 200 micromy wafers silicon single crystalline ໃຊ້ 355 nm nanosecond ແລະ laser pulsosecond pulsed. ຜົນໄດ້ຮັບການປຸງແຕ່ງໄດ້ຖືກວັດແທກແລະສະແດງໂດຍໃຊ້ການວັດແທກ optical, microscopy TEM ແລະ SEM microscopy.
ຜົນໄດ້ຮັບສະແດງໃຫ້ເຫັນວ່າອັດຕາການລົບລ້າງແມ່ນໄດ້ຮັບຜົນກະທົບຢ່າງຫຼວງຫຼາຍຕໍ່ພະລັງງານຂອງແຮງດັນໃນລະຫວ່າງການປະຕິເສດ nanosecond. ການເພີ່ມຂື້ນຂອງອັດຕາການໂຍກຍ້າຍວັດສະດຸແມ່ນຫຼາຍກ່ວາ 600% ເມື່ອພະລັງງານກໍາມະຈອນໄດ້ເພີ່ມຂຶ້ນຈາກ 2.3 ຫາ 9.2 μJໂດຍການຫຼຸດລົງຂອງຄວາມຖີ່ຂອງ 200 ຫາ 50 kHz. ການສູນເສຍຄວາມຮ້ອນມີຜົນກະທົບທີ່ສໍາຄັນຕໍ່ອັດຕາການປົດປ່ອຍທີ່ມີຢູ່ໃກ້ກັບຄວາມໃກ້ສິດຂອງການຍົກເລີກ, ຍ້ອນວ່າປະລິມານຂອງກໍາມະຈອນແມ່ນເຮັດໃຫ້ອຸປະກອນໃນໄລຍະແຂງແລະແຫຼວໃນໄລຍະທີ່ແຂງແຮງແທນທີ່ຈະ evaporating ແລະເອົາອອກວັດສະດຸ. ດັ່ງນັ້ນ, ຄວາມຂັດແຍ່ງລະຫວ່າງພະລັງງານຫມູນວຽນແລະອັດຕາການຖອນເອົາວັດສະດຸສາມາດຄາດວ່າຈະ.
ການສັກຢາ Picosecond ບໍ່ໄດ້ສະແດງໃຫ້ເຫັນສາຍພົວພັນທີ່ຄ້າຍຄືກັນລະຫວ່າງອັດຕາການລຶບລ້າງແລະພະລັງງານຫມູນວຽນ. ອັດຕາການລົບລ້າງແມ່ນມີຄວາມຄ້າຍຄືກັນໃນລະຫວ່າງອັດຕາການເລີ້ມຄືນຂອງ 100 ແລະ 500 kHz ເຊິ່ງທຽບເທົ່າກັບພະລັງງານ 4.6 ແລະ 0.9 μJ, ຕາມລໍາດັບ. ຜົນກະທົບຕົ້ນຕໍຂອງພະລັງງານກໍາມະຈອນແມ່ນຄວາມກວ້າງຂອງເສັ້ນທີ່ຖືກຍົກຍ້າຍ, ເຊິ່ງເພີ່ມຂື້ນກັບພະລັງງານທີ່ເພີ່ມຂຶ້ນ.
ປະສິດທິພາບຂອງການປະຕິເສດ nanosecond ສູງເກີນຄວາມຖືກຕ້ອງຂອງການຖ່າຍທອດ picosecond ຢູ່ຄວາມຖີ່ 100 kHz ແຕ່ວ່າຄວາມຖີ່ 200 kHz ອັດຕາການໂຍກຍ້າຍວັດສະດຸຂອງ laser ps ແມ່ນໄວກວ່າ. ໃນຂະບວນການທັງສອງ, ການຂຸດເຈາະແລະຮ່ອງ, ເຂດຂໍ້ມູນທີ່ດີທີ່ສຸດສໍາລັບການລະບາດຂອງ nanosecond ຢູ່ໃນອັດຕາການຊ້ໍາກວ່າ 100 kHz, ບ່ອນທີ່ laser picosecond ສົ່ງຜົນດີທີ່ 100 kHz ແລະສູງກວ່າ.
ການປະເມີນຜົນໂດຍຮູບພາບ SEM, ຄຸນນະພາບຂອງຮູທີ່ຖືກຂຸດດ້ວຍ nanosecond ແລະ picoເພັດທີສອງແມ່ນຄ້າຍຄືກັນ. ໃນເວລາທີ່ laser nanosecond ໄດ້ຖືກປະຕິບັດຢູ່ 30 kHz ແລະ laser picosecond ຢູ່ຄວາມຖີ່ 100 kHz, ເວລາຂຸດແມ່ນເທົ່າທຽມກັນ. ການເຈາະເລຊິນ Nanosecond ໄດ້ກາຍເປັນຊ້າລົງແລະໃນທີ່ສຸດມັນບໍ່ໄດ້ເປັນໄປບໍ່ໄດ້ໃນເວລາທີ່ອັດຕາການຊ້ໍາພັດໄດ້ເພີ່ມຂຶ້ນ. ການບີບຕົວຂອງກໍາມະຈອນແມ່ນເກີນມູນຄ່າທີ່ໄດ້ກໍານົດໄວ້ 80% ແລະຜົນກະທົບຂອງແຮງດັນທີ່ຕ່ໍາແລະແສງສະຫວ່າງແມ່ນບໍ່ພຽງພໍໃນການຖອດອຸປະກອນອອກຈາກ capillary, ເນື່ອງຈາກຜົນບັງຄັບໃຊ້ recoil ຫຼຸດລົງ.
ການກວດສອບ TEM ສະແດງໃຫ້ເຫັນວ່າການຂຸດເຈາະເລເຊີ Nanosecond ເຮັດໃຫ້ຄວາມເສຍຫາຍຂອງຄວາມຮ້ອນແລະກົນຈັກກັບ wafer silicon. ຊັ້ນທີ່ໄດ້ຮັບຜົນກະທົບຢູ່ໃນກໍາແພງຫີນແມ່ນຄວາມຫນາເຖິງ 1 μmແລະມີລັກສະນະທີ່ບໍ່ມີຮູບຮ່າງ, silicon polycrystalline ແລະເຂດ monocrystalline ທີ່ມີຄວາມແຕກແຍກ.
ການຂຸດເຈາະ Picosecond ບໍ່ໄດ້ຖືກພົບເຫັນວ່າເຮັດໃຫ້ເກີດຄວາມເສຍຫາຍກົນຈັກກັບວັດຖຸ. ຂຸມດັ່ງກ່າວໄດ້ຖືກກໍານົດໂດຍຊັ້ນບາງ, ເຊິ່ງປະກອບດ້ວຍ silicon ທີ່ມີການແກ້ໄຂແບບບໍ່ມີປະໂຫຍດ. ຄວາມຫນາຂອງຊັ້ນນັ້ນແມ່ນ 50 ຫາ 100 nm. ບໍ່ມີຄວາມເສຍຫາຍຕໍ່ອຸປະກອນດັ່ງກ່າວ.
ລາວ
Pусский
