超短脈沖激光加工MEMS器件材料的燒蝕機(jī)理研究.pdf

1、自上個世紀(jì)八十年代以來,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間短、能量密度高等優(yōu)點(diǎn),使得這門技術(shù)在微細(xì)加工、MEMS器件制造、加工信息存儲材料、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超強(qiáng)、超快的過程,并且對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)、電動力學(xué)、等離子體物理學(xué)以及非平衡統(tǒng)計物理學(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)識微觀時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)價值。 在燒蝕機(jī)理方面,超短脈沖激光與長脈沖激光有本質(zhì)的不同,對于長脈沖激光由于其脈寬時間遠(yuǎn)大于電子與聲子的耦合時間,電子有足夠的時間通過電子與聲子的散射將能量傳遞給聲子從而加熱晶格,其加熱過程是一個平衡過程,此時電子、聲子處于熱平衡態(tài),并通過晶格的熱擴(kuò)散使激光聚焦點(diǎn)周圍的區(qū)域被熔化、汽化以實(shí)現(xiàn)燒

3、蝕。而對于超短脈沖激光,由于脈寬時間與電子-聲子的散射時間處于同一量級,故其加熱過程是一個非平衡過程。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,并且摒棄了弛豫時間近似這一假設(shè),同時采用庫侖碰撞機(jī)制描述電子的散射,根據(jù)試探粒子法的思想,將電子的弛豫過程視為試探粒子與處于非熱力學(xué)平衡態(tài)場粒子的相互作用過程,并結(jié)合Fokker-Planck方程建立自由電子弛豫時間與其