[發(fā)明專利]一種超短脈沖激光燒蝕氮化硅的模擬計算方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310086318.1
• 申請日: 2013-03-18
• 公開（公告）號: CN103268064A
• 公開（公告）日: 2013-08-28
• 發(fā)明（設計）人: 吳東江;姚龍元;馬廣義;牛方勇;郭東明
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G05B13/00
• 分類號: G05B13/00
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 關慧貞;梅洪玉

1.一種超短脈沖激光燒蝕氮化硅的模擬計算方法，其特征在于該方法包括以下步驟：

A、建立超短脈沖激光燒蝕氮化硅的燒蝕模型，并對模型常量進行參數(shù)初始化，同時定義所建模型中氮化硅發(fā)生燒蝕時的等離子體密度邊界條件ρ_cr為1.6×10²¹cm^-3；

B、確定激光波長，設定脈寬計算范圍為10fs～10ps，對氮化硅燒蝕閾值進行計算；當導帶電子密度超過臨界等離子體密度，即ρ_c(x,t)＞ρ_cr時，氮化硅產(chǎn)生損傷，當ρ_c(x,t)≤ρ_cr時，須對初始變量進行重新賦值計算；

C、設定激光能量密度取值域為1J/cm²～8J/cm²，基于閾值結果對燒蝕深度進行模擬；在單脈沖燒蝕形貌為圓錐形狀的體積建模假設條件下，建立燒蝕體積模型，并定義激光束腰半徑，進而利用燒蝕深度模擬結果得到相應條件下的燒蝕體積；所述的體積模型為

V=x·πω026ln(FFth)]]>

式中：V為燒蝕體積，x為燒蝕深度，ω₀為束腰半徑，F(xiàn)_th為燒蝕閾值，F(xiàn)為能量密度；

D、建立掃描速度v、線重疊率δ與殘留高度Δx的關系模型，定義燒蝕殘留高度邊界條件，并將閾值和深度模型計算結果加載到殘留高度模型中；所述的掃描速度v與殘留高度Δx的關系模型為

v=ΔL(f-1)ξD(f-1)=Δxx×100%·D(f-1)]]>

式中：ΔL為在掃描速度方向上的兩脈沖間距，ξ為相對殘留高度，D為燒蝕直徑，f為脈沖頻率，x為燒蝕深度；Δx為殘留高度，是指燒蝕輪廓峰頂線和輪廓谷底線之間的距離；所述的線重疊率δ與殘留高度Δx的關系模型為

δ=(d-Δd)d×100%=(1-ξ)×100%]]>

式中：Δd為燒蝕線間距，Δd=ξd；d為燒蝕線寬度，d=D；

E、對脈沖頻率進行賦值，并在能量密度為4.0J/cm²～8.0J/cm²，掃描速度為0～3mm/s條件下對殘留高度進行計算；若Δx＞Δx_max，不滿足要求，重新輸入變量計算；若Δx≤Δx_max，滿足加工精度，輸出指導參數(shù)，完成模擬計算。