[發明專利]用激光加工金剛石材料制備的元器件及其制備方法

在審

• 申請號: 202110014240.7
• 申請日: 2021-01-06
• 公開（公告）號: CN112828449A
• 公開（公告）日: 2021-05-25
• 發明（設計）人: 龐冬青;林百川;宋琦;柴路;胡明列
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: B23K26/04
• 分類號: B23K26/04;B23K26/064;B23K26/362;B23K26/53;B23K26/70
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 張建中

本發明公開了一種用激光加工金剛石材料制備元器件的方法，采用如下裝置：激光器，用于控制激光器輸出的光束快門，用于放置金剛石的工作臺；在激光器激光頭和工作臺間設聚焦透鏡；使激光器發射的激光經聚焦透鏡照射在金剛石上；通過控制激光光斑與工作臺的相對移動，使激光聚焦在金剛石表面或內部；通過調節激光器輸出功率、激光輸出的脈沖重復頻率及激光斑相對工作臺的三維移動速度，使激光輻射區域內金剛石材料轉化為石墨相以及無定形碳相，及改變激光輻射區域內材料電導率及電磁波透過率。本發明還公開了采用上述的方法制備而成的元器件。本發明可以在金剛石表面和內部加工自由設計的電磁波調制器、電阻、電容等多種器件。

技術領域

本發明涉及一種電磁波調制器件及其制備方法，特別涉及一種用激光加工金剛石材料制備的元器件及其制備方法。

背景技術

目前，激光技術不斷發展，其應用已經深入到材料科學、光電子器件、3D打印、生物醫學等領域。與長脈沖激光相比，超短脈沖激光的脈寬極短，當激光作用到目標材料上時，焦點區域附近不會發生顯著的損傷，在短時間內熱傳導等影響可以忽略不計。隨著科技的發展，微電子技術顯著推動了信息化社會的發展，目前硅材料仍舊占據著半導體材料領域的90％以上，而新一代半導體材料即第三代寬禁帶與超寬禁帶半導體材料也越來越受到重視。金剛石屬于超寬禁帶半導體材料，同時也是超硬材料。超硬材料是指維氏硬度大于40GPa的材料，這類材料具有高電子密度和高鍵能的共價鍵，金剛石的耐腐蝕性和優異的光電性能，使其可以作為重要的光學材料和電子材料。

電磁波調制器等一些元器件，主要是基于Si基底的光刻技術實現的，如申請號為202010166069.7的中國發明專利，該技術在Si表面刻蝕，結構實現對電磁波的調制，但是，Si基底對電磁波的透過率較低，此外刻蝕結構受限于加工精度等和結構本身的限制，很難做到對目標波段的電磁波實現較高調制深度。又如申請號為201911264503.9，201810223513.7的中國專利申請，公開了一種電致襯底電導率變化或者載流子濃度變化的電磁波調制器，然而，襯底材料電導率或者載流子濃度的變化范圍有限，無法做到完全相變，因此制約了調制器的調制深度。

發明內容

本發明為解決公知技術中存在的技術問題而提供一種用激光加工金剛石材料制備的元器件及其制備方法。

本發明為解決公知技術中存在的技術問題所采取的技術方案是：一種用激光加工金剛石材料制備元器件的方法，采用如下裝置：激光器，用于控制激光器的激光輸出的光束快門，用于放置金剛石材料的工作臺；在激光器的激光頭和工作臺之間設置用于聚焦的聚焦透鏡；使激光器發射的激光經過聚焦透鏡，照射在工作臺上的金剛石材料上；通過控制激光光斑與工作臺的相對移動，使激光聚焦在金剛石表面或內部；通過調節聚焦透鏡的光學特性參數、激光的輸出功率、激光輸出的脈沖重復頻率及激光光斑相對工作臺的三維移動速度，使激光輻射區域內的金剛石材料轉化為石墨相以及無定形碳相，進一步改變激光輻射區域內材料的電導率及電磁波的透過率。

進一步地，激光器輸出的激光，其能量范圍為：30nJ～30μJ，其脈沖重復頻率≥100kHz，其脈沖寬度小于100ps。

進一步地，在激光器的激光頭和聚焦透鏡之間還設置第一反射鏡及第二反射鏡；使激光器輸出的激光依次經過第一反射鏡及第二反射鏡后射到聚焦透鏡上。

進一步地，在激光器的激光頭和第一反射鏡之間還設置半波片及偏振分束器；使激光器發射的激光依次經過半波片、偏振分束器后射到第一反射鏡上。

本發明還提供了一種元器件，該元器件采用上述的用激光加工金剛石材料制備元器件的方法制備而成。

進一步地，元器件為電磁波調制器。

進一步地，元器件為電阻。

進一步地，元器件為電容。

進一步地，元器件為晶體管。

進一步地，元器件為集成電路。