氮化硅陶瓷可以用于增強(qiáng)半導(dǎo)體等器件性能,常用脈沖激光的加工方式進(jìn)行材料表面微結(jié)構(gòu)的制備,但激光的實(shí)際加工效果和效率的限制了其應(yīng)用。隨著激光微納加工領(lǐng)域的發(fā)展,復(fù)合多種類型激光進(jìn)行加工正在形成一種新的技術(shù)研究方向,將納秒和皮秒激光耦合進(jìn)行加工作為一種新型加工技術(shù),結(jié)合納秒與皮秒激光的加工優(yōu)勢(shì),具有廣泛的應(yīng)用前景。本文針對(duì)相應(yīng)的激光特性,分析了納皮秒激光的雙脈沖能量耦合模型及其與材料的相互作用過程,研究了納皮秒雙脈沖激光蝕除材料的行為。首先,本文研究了納秒和皮秒單脈沖激光與氮化硅陶瓷的能量傳遞過程,建立了相應(yīng)的理論模型并進(jìn)行了數(shù)值仿真,揭示了納秒和皮秒單脈沖激光輻照下氮化硅陶瓷物理性質(zhì)的演變規(guī)律,分析不同類型激光的加工特點(diǎn)。隨后提出了納秒和皮秒激光的耦合方法并建立了相應(yīng)的雙脈沖激光能量耦合模型,通過仿真探究了納皮秒雙脈沖激光耦合作用下的材料光學(xué)熱學(xué)性質(zhì)的演變規(guī)律,對(duì)比仿真結(jié)果中納秒和皮秒單脈沖激光蝕除材料過程中的材料物理性質(zhì)的變化,分析了皮秒脈沖的作用對(duì)氮化硅陶瓷的物理性質(zhì)的調(diào)控機(jī)制,并進(jìn)行了相關(guān)的蝕除實(shí)驗(yàn),對(duì)比分析仿真模型的與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的差異。最后,在理論和仿真的研究基礎(chǔ)上,對(duì)理論模型進(jìn)行... 

【文章頁(yè)數(shù)】：79 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 課題的來(lái)源
    1.2 課題背景及研究的目的和意義
    1.3 國(guó)內(nèi)外在該方向的研究現(xiàn)狀及分析
        1.3.1 脈沖激光蝕除機(jī)理
        1.3.2 激光與材料的能量傳遞模型
        1.3.3 單脈沖激光刻蝕加工
        1.3.4 雙脈沖激光耦合加工
    1.4 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀綜述
    1.5 課題主要研究?jī)?nèi)容
第2章 納秒/皮秒單脈沖激光輻照Si_3N_4陶瓷的基礎(chǔ)理論與仿真分析
    2.1 引言
    2.2 納秒激光的能量傳遞模型
    2.3 皮秒激光的能量傳遞模型
        2.3.1 皮秒激光功率密度的高斯分布模型
        2.3.2 自由電子濃度的演變模型
        2.3.3 材料光學(xué)性質(zhì)的演變模型
        2.3.4 電子/晶格溫度的雙溫模型
    2.4 納秒/皮秒單脈沖激光數(shù)值仿真的建立
    2.5 納秒激光與Si_3N_4陶瓷的能量傳遞過程分析
    2.6 皮秒激光與Si_3N_4陶瓷的能量傳遞過程分析
        2.6.1 皮秒激光的功率密度
        2.6.2 等離子體的演變過程
        2.6.3 電子/晶格的溫度變化
        2.6.4 Si_3N_4陶瓷的蝕除形貌
    2.7 本章小結(jié)
第3章 納皮秒雙脈沖激光輻照Si_3N_4陶瓷的仿真分析與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證
    3.1 引言
    3.2 納皮秒雙脈沖激光的能量耦合模型
        3.2.1 納皮秒雙脈沖激光的能量耦合機(jī)制
        3.2.2 納皮秒雙脈沖激光數(shù)值仿真的建立
    3.3 納皮秒雙脈沖激光作用Si_3N_4硅陶瓷的仿真分析
        3.3.1 皮秒單脈沖作用與納皮秒雙脈沖耦合作用對(duì)比分析
        3.3.2 納秒單脈沖作用與納皮秒雙脈沖耦合作用對(duì)比分析
        3.3.3 納皮秒雙脈沖耦合作用的蝕除過程分析
    3.4 仿真模型的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證
        3.4.1 仿真和實(shí)驗(yàn)的驗(yàn)證方法
        3.4.2 仿真模型的準(zhǔn)確性驗(yàn)證
        3.4.3 仿真模型的可靠性驗(yàn)證
    3.5 本章小結(jié)
第4章 納皮秒雙脈沖激光加工的參數(shù)優(yōu)化分析
    4.1 引言
    4.2 納皮秒雙脈沖激光的仿真優(yōu)化
    4.3 納皮秒雙脈沖激光的不同延時(shí)參數(shù)仿真分析
        4.3.1 不同延時(shí)參數(shù)作用下Si_3N_4陶瓷的吸收率
        4.3.2 不同延時(shí)參數(shù)作用下Si_3N_4陶瓷吸收納秒激光的溫度變化
        4.3.3 不同延時(shí)參數(shù)作用下Si_3N_4陶瓷的蝕除形貌
    4.4 納皮秒雙脈沖激光的單脈沖能量仿真分析
        4.4.1 皮秒激光單脈沖能量的數(shù)值仿真
        4.4.2 納秒激光單脈沖能量的數(shù)值仿真
    4.5 納皮秒雙脈沖激光的能量配比仿真分析
    4.6 納秒激光耦合皮秒脈沖序列仿真分析
        4.6.1 自由電子的濃度變化
        4.6.2 Si_3N_4陶瓷吸收納秒/皮秒激光的溫升
        4.6.3 Si_3N_4陶瓷的總溫升與蝕除形貌
    4.7 納皮秒雙脈沖激光的掃描速度仿真分析
    4.8 本章小結(jié)
結(jié)論
參考文獻(xiàn)
致謝


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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[3]355nm納秒和1064nm皮秒激光加工藍(lán)寶石研究[J]. 邊曉微,陳檬,李港.  激光與光電子學(xué)進(jìn)展. 2016(05)
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博士論文
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碩士論文
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[3]長(zhǎng)脈沖與短脈沖激光聯(lián)合作用鋁合金靶材損傷特性研究[D]. 王耀德.長(zhǎng)春理工大學(xué) 2017
[4]SiO2和Si3N4薄膜的PECVD沉積及在半導(dǎo)體光電子器件中的應(yīng)用研究[D]. 張?zhí)赐?北京郵電大學(xué) 2010
[5]飛秒激光與氮化硅晶體相互作用的研究[D]. 張文濤.西北大學(xué) 2009



本文編號(hào)：3725274