[發明專利]基于激光改變硅基表面形態并控制成型技術的研究方法

有效

• 申請號: 201611090441.0
• 申請日: 2016-11-30
• 公開（公告）號: CN106583918B
• 公開（公告）日: 2018-04-20
• 發明（設計）人: 張俐楠;程從秀;鄭偉;吳立群;王洪成
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: B23K26/00
• 分類號: B23K26/00;B23K26/352
• 代理公司: 杭州千克知識產權代理有限公司33246
• 代理人: 周希良

技術領域

本發明屬于微納米制造技術領域，具體涉及一種基于激光改變硅基表面形態并控制成型技術的研究方法。

背景技術

自從1987年美國首次提出MEMS(微機電系統)一詞，MEMS(微機電系統)技術已經得到了幾十年的發展，在制造工藝、新材料開發、以及相關設備等領域取得了長足的進步。由于硅材料來源廣泛、價格便宜、而且又具有良好的機械性能，所以被廣泛的應用在MEMS(微機電系統)當中。

目前，在硅基板上成型出三維凸起形貌的技術有很多種，例如氧化技術、光刻技術和刻蝕技術。但這些技術很難去改變硅基表面形態以及控制表面三維凸起的成型。而且以上的這些技術成型柔性太小，一旦要改變硅基表面形態，就必須要重新設計整個成型過程。同時這種微型化產業所要求的大批量、高效率、高精度、高密度、短周期、低成本、無污染、凈成形等固有特點也制約了上述技術的廣泛應用。

發明內容

基于上述現有制造技術存在的缺陷，本發明將提出一種基于激光改變硅基表面形態并控制成型技術的研究方法。

本發明采取如下技術方案：

基于激光改變硅基表面形態并控制成型技術的研究方法，其按如下步驟：

步驟一：硅基板的第一端固定；

步驟二：激光照射硅基板的第二端數秒，硅基板第二端形成凸起形貌；

步驟三：測量硅基板凸起形貌的最大高度H以及最大直徑D，通過以下公式計算硅基板表面凸起形貌的長徑比：凸起的最大高度H/凸起的最大直徑D；

步驟四：改變步驟二的激光功率，重復步驟二至步驟三，統計不同激光功率下最大凸起形貌的長徑比，以得出激光功率與最大凸起形貌的長徑比規律。

優選的，步驟二，激光照射硅基板10s。

優選的，步驟二之后，還進行測量硅基板的第二端溫度。

優選的，對硅基板的第二端端面至距離該端端面10um的區間進行溫度測量。

優選的，步驟四，通過繪制折線圖統計激光功率與最大凸起形貌的長徑比規律。

本發明方法操作過程如下：先將硅基板一端夾在硅基板夾板上，然后打開激光發射器，用一束激光照射硅基板的第二端。經過數秒如t＝10s的時間照射后，利用紅外測溫儀測得硅基板前端凸起形貌(如，第二端端面到距離該端端面10um這一區間)的溫度。關閉激光發射器，取下硅基板，借助光學放大儀器可以觀察到硅基板前端的凸起形貌，然后測量出凸起形貌的最大高度H以及最大直徑D，最終計算出硅基板表面凸起形貌的長徑比。改變激光功率，重復操作上述步驟，觀察硅基板的變化現象，總結規律。

本發明是基于激光改變硅基表面形態并控制成型技術的研究方法。與現有技術相比較，本發明具有如下特點:

其一，可以通過改變激光的功率來控制硅基板上凸起形貌的大小。

其二，不需要對硅基板整體進行高溫處理，避免了產生高溫晶格缺陷和雜質缺陷。

其三，本發明的加工方法易于控制，加工制造柔性高。

其四，本發明采用激光作為能源，不易產生有毒物質，有利于環保。

附圖說明

圖1為基于激光改變硅基表面形態并控制成型技術的臺架。

圖2為激光照射下硅基板表面凸起形貌的溫度的變化曲線圖。

圖3A-3E為激光照射下硅基板表面凸起形貌的簡單示意圖。

圖4為激光照射下硅基板表面凸起形貌的長徑比的折線圖。

具體實施方式

為使本發明的目的、特征和優點能更加的明顯易懂，下面將結合附圖對本發明的具體實施例做詳細說明。需要說明是，附圖采用簡化的形式且均使用非精確的比例，僅用以方便、明確的說明本發明實施例的目的。

構建如圖1所示的臺架，該臺架主要包括激光發射器、硅基板夾板，其中，硅基板夾板相當于微型尺寸的夾具，用于夾住微米級的硅基板。而相應的激光發射器也是微小型的激光發射器，該臺架用于硅基板的激光照射操作。

采用硅基板夾板將硅基板的第一端夾住，用一束激光垂直照射到硅基板的第二端。激光照射一段時間后，硅基板表面的溫度將逐漸升高，硅原子由于溫度升高而產生熱擴散效應，會在硅基板上形成凸起形貌。由于靠近激光源的懸空端溫度最高，所以其凸起形貌最大，相應的固定端由于遠離激光源，故其凸起形貌最小。

本發明主要通過改變激光功率來控制硅基板表面凸起形貌，為了方便觀察、以及凸起形貌尺寸的測量及計算，故選擇硅基板前端的凸起形貌(第二端到距離該端端面10um這一區間)進行試驗研究。

實施例1