基于157nm深紫外激光的蓝宝石基片微加工

白帆; 戴玉堂; 徐刚; 崔建磊

doi:10.3969/j.issn.1001-3806.2010.O5.016

高级检索

ISSN 1001-3806CN 51-1125/TN 网站地图

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

基于157nm深紫外激光的蓝宝石基片微加工

白帆 , 戴玉堂 , 徐刚 , 崔建磊

文章导航 > 激光技术 > 2010 > 34(5): 636-639

引用本文:

Citation:

基于157nm深紫外激光的蓝宝石基片微加工

1.
武汉理工大学, 光纤传感技术国家工程实验室, 武汉, 430070

作者简介: 白帆(1985- ),男,硕士研究生,主要从事157nm激光与蓝宝石材料作用的研究..

通讯作者: 戴玉堂, daiyt68@163.com ;

基金项目:
国家自然科学基金资助项目(50775169;60537050)
中图分类号: TN249

Micromachining technology of sapphire substrate based on 157nm DUV laser

1.
Key Laboratory of Fiber Optic Sensing Technology, Wuhan University of Technology, Wuhan 430070, China

Corresponding author: DAI Yu-tang, daiyt68@163.com ;

CLC number: TN249

摘要: 为了探索157nm深紫外激光对蓝宝石材料的微加工技术,采用157nm激光微加工系统,对蓝宝石基片进行了扫描刻蚀和打孔加工,以研究激光工艺参量与刻蚀深度、表面形貌的关系,分析了157nm深紫外激光对蓝宝石材料的作用机理,并利用扫描刻蚀法在蓝宝石基片上加工了一个2维图形。由实验结果可知,157nm深紫外激光作用于蓝宝石材料是一个光化学作用与光热作用并存的加工过程,适合扫描刻蚀的加工参量为能量密度3.2J/cm2,重复频率10Hz～20Hz,扫描速率0.15mm/min;在能量密度2.5J/cm2下的刻蚀率为0.039μm/pulse。结果表明,通过对激光重复频率和扫描速度的控制可实现蓝宝石材料的精细微加工。
- 激光技术 /
- 157nm深紫外激光 /
- 扫描刻蚀 /
- 打孔 /
- 微加工 /
- 蓝宝石基片
Abstract: In order to probe micromachining technology of sapphire material,the ablation characteristics of 157nm deep ultraviolet laser were studied. The effect of laser process parameters on etching efficiency and surface quality was studied by scanning ablation and drilling on sapphire substrate. Moreover, the etching mechanism of 157nm laser on sapphire was analyzed.And then,a 2-D pattern was ablated onto the sapphire substrate by scanning approach. Both analysis and experimental results indicate that micromachining process that 157nm deep ultraviolet laser reacts on sapphire includes photochemical reactions and photothermolysis,and that a set of proper parameters about scanning etching were obtained,i.e.,scanning velocity at 0.15 mm/min with flnence of 3.2J/cm2,repetition frequency at 10Hz-20Hz; etching rate of drilling at 0.039μm/pulse with fluence of 2.5J/cm2. Precise micromachining could be realized under control of laser repetition rate and scanning velocity.
- laser technique /
- 157nm deep ultraviolet laser /
- laser scanning ablation /
- drilling /
- micromachining /
- sapphire substrate

[1]	ZHANG K C,ZHANG L.Science and technique of crystal growing[M].Beijing:Science Press,2003:370(in Chinese).
[2]	HSU Y P,CHANG S J,SU Y K,et al.ICP etching of sapphire substrates[J].Optical Materials,2005,27(6):1171-1174.
[3]	JUODKAZIS S,NISHIMURA K,MISAWAW H,et al.In-bulk and surfaces structuring of sapphire by femtosecond pulses[J].Applied Surface Science,2007,253(15):6539-6544.
[4]	DAI Y T,XU G,LI W L,et al.Laser micromachining of wide band-gap materials[J].Advanced Materials Research,2009,69/70:118-122.
[5]	GU E,JEON C W,CHOI H W,et al.Micromachining and dicing of sapphire,gallium nitride and micro LED devices with UV copper vapour laser[J].Thin Solid Films,2004,453/454:462-466.
[6]	ZUO T C.Advanted produce-laser technique and engineering[M].Beijing:Science Press,2007:370-371(in Chinese).
[7]	HERMAN P R,BECKLEY K,POTYRAILO R A.VUV hologra-phic gratings etched by a single F2 laser pulse[C]//Conference on Lasers and Electro-Optics.Anaheim,CA:Optical Society of America,1994:CFI2.
[8]	UTEZA O,BUSSIERE B,CANOVA F,et al.Laser-induced damage threshold of sapphire in nanosecond,picosecond and femtosecond regimes[J].Applied Surface Science,2007,254(4):799-803.
[9]	KIM K,BENTE E.Femtosecond laser micromaching of sapphire[C]//Laser and Electro-Optics Society,2001.The 14th Annual Meeting of the IEEE.San Diego,CA:IEEE,2001:762-763.
[10]	HORISAWA H,EMURA H,YASUNAGA N,et al.Surface machining characteristics of sapphire with fifth harmonic YAG laser pulses[J].Vacuum,2004,73(3/4):661-666.
[11]	DYER P E,JAEKSON S R,KEY P H,et al.Excimer laser ablation and film deposition of Ti:sapphire[J].Applied Surface Science,1996,96/98:849-854.
[12]	DENG H Y,RAO Y J,RAND Z L,et al.Photonic crystal fiber based Fabry-Pérot sensor fabricated by using 157nm laser micromachining[J].Acta Optica Sinica,2008,28(2):255-258(in Chinese).

[1]	韩要轩 , 陈培锋 , 周卓尤 , 陈泽民 , 张向明 , 邓国华 . 水松纸激光打孔技术研究. 激光技术, 2002, 26(5): 330-333.
[2]	王建中 , 史铁林 , 熊良才 . 飞秒激光实现微机电系统加工短流程工艺. 激光技术, 2008, 32(1): 88-91.
[3]	王英 , 李玉华 , 王新林 , 廖常锐 , 陆培祥 . 飞秒激光加工不锈钢微型悬臂梁的工艺研究. 激光技术, 2010, 34(3): 347-350. doi: 10.3969/j.issn.1001-3806.2010.03.017
[4]	于海娟 , 李港 , 陈檬 , 张丙元 . 飞秒激光加工过程中光学参数对加工的影响. 激光技术, 2005, 29(3): 304-307.
[5]	祁恒 , 陈涛 . 高聚物生物芯片材料激光加工性能分析. 激光技术, 2005, 29(2): 138-141.
[6]	王甦 , 李大义 , 陈建国 , 李焱 , 陆洋 , 周小红 , 卢玉村 . 微加工获得的F-P半导体激光器的光谱特性分析. 激光技术, 2000, 24(2): 102-106.
[7]	魏仁选 . 准分子激光直写加工特性与脉冲参数关系的研究. 激光技术, 2004, 28(1): 85-87.
[8]	戴玉堂 , 崔健磊 , 徐刚 , 白帆 . 157nm激光微加工过程中激光参量对刻蚀性能的影响. 激光技术, 2011, 35(1): 36-38,85. doi: 10.3969/j.issn.1001-3806.2011.01.011
[9]	谢小柱 , 高勋银 , 陈蔚芳 , 魏昕 , 胡伟 . 脉冲绿激光划切蓝宝石基片的工艺参量研究. 激光技术, 2014, 38(5): 632-637. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2014.05.012
[10]	杨富理 , 袁根福 , 李浩 . 异种金属氧化物辅助激光刻蚀蓝宝石的研究. 激光技术, 2021, 45(6): 756-761. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2021.06.014
[11]	李维来 , 李英 , 李伟 . 157nm激光刻蚀晶体光纤SiO2机理的研究. 激光技术, 2006, 30(6): 601-604.
[12]	段军 . 激光微加工磁盘——激光毛化技术现状与发展. 激光技术, 2006, 30(5): 490-493.
[13]	占剑 , 杨明江 . YAG激光参量对刻蚀微坑形貌的影响. 激光技术, 2011, 35(2): 238-241. doi: 10.3969/j.issn.1001-3806.2011.02.026
[14]	傅茜 , 张菲 , 蒋明 , 段军 , 曾晓雁 . 1064nm和355nm激光扫描刻蚀覆铜板工艺及质量研究. 激光技术, 2014, 38(4): 435-440. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2014.04.001
[15]	齐立涛 , 刘凤聪 . 266nm纳秒固体激光在CH薄膜上打孔的工艺实验研究. 激光技术, 2022, 46(6): 767-772. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2022.06.009
[16]	杨旸 , 魏昕 , 谢小柱 , 胡伟 , 李成彬 . 红外激光刻蚀微热管复合沟槽的工艺研究. 激光技术, 2018, 42(2): 276-281. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2018.02.026
[17]	庞继伟 , 王超 , 蔡玉奎 . 玻璃材料激光加工技术的研究进展. 激光技术, 2021, 45(4): 417-428. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2021.04.003
[18]	李东华 , 邓磊敏 , 段军 , 曾晓雁 , 游欣易 . 激光大尺度3维动态聚焦扫描加工系统研究. 激光技术, 2016, 40(4): 466-471. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2016.04.002
[19]	何广涛 , 魏昕 , 谢小柱 , 谭伟明 , 宋悠全 . 蓝宝石对532nm激光吸收率的实验测量. 激光技术, 2011, 35(1): 54-57. doi: 10.3969/j.issn.1001-3806.2011.01.016
[20]	张奇 , 沈磊 , 何博 . 飞秒激光在金属微加工中的应用. 激光技术, 2021, 45(4): 429-435. doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2021.04.004

点击查看大图

计量

文章访问数: 4121
HTML全文浏览量: 680
PDF下载量: 303
被引次数: 0

基于157nm深紫外激光的蓝宝石基片微加工

通讯作者: 戴玉堂, daiyt68@163.com;

作者简介: 白帆(1985- ),男,硕士研究生,主要从事157nm激光与蓝宝石材料作用的研究.

1. 武汉理工大学, 光纤传感技术国家工程实验室, 武汉, 430070

收稿日期: 2009-08-15
录用日期: 2009-09-10
网络出版日期: 2010-09-25

基金项目: 国家自然科学基金资助项目(50775169;60537050)

关键词:

摘要: 为了探索157nm深紫外激光对蓝宝石材料的微加工技术,采用157nm激光微加工系统,对蓝宝石基片进行了扫描刻蚀和打孔加工,以研究激光工艺参量与刻蚀深度、表面形貌的关系,分析了157nm深紫外激光对蓝宝石材料的作用机理,并利用扫描刻蚀法在蓝宝石基片上加工了一个2维图形。由实验结果可知,157nm深紫外激光作用于蓝宝石材料是一个光化学作用与光热作用并存的加工过程,适合扫描刻蚀的加工参量为能量密度3.2J/cm2,重复频率10Hz～20Hz,扫描速率0.15mm/min;在能量密度2.5J/cm2下的刻蚀率为0.039μm/pulse。结果表明,通过对激光重复频率和扫描速度的控制可实现蓝宝石材料的精细微加工。