收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

激光电化学微加工机理与实验研究

龙芋宏  
【摘要】: 激光电化学微加工技术是一种将激光加工技术与电化学加工技术相结合而形成的一种复合微加工新技术,在MEMS(Micro Electro Mechanical System,微机电系统)中具有较广阔的应用前景。本学位论文以发展激光电化学微加工技术为目的,分别对连续激光电化学和脉冲激光电化学微加工的机理与实验进行了较深入的探讨。 在溶液中连续激光与材料相互作用的热效应方面,针对激光加热溶液中物质时存在的爆发沸腾这一复杂现象,根据连续激光的加热特点,提出了以设置溶液沸腾换热系数来模拟爆发沸腾对温度场的影响,从而来求解溶液中物质温度场的简化处理办法。在此基础上,建立了激光作用下溶液中物质的温度场分布求解模型。 为了更深入地理解连续激光电化学刻蚀金属的机理,对连续激光作用下固—液界面的温度场分布进行了仿真研究。根据连续激光加热沸腾特点提出的温度场求解简化处理办法,针对连续激光定点和扫描电化学刻蚀实验,采用有限元分析软件ABAQUS对溶液中连续激光加工的瞬态温度场分布进行了数值模拟。仿真结果表明,激光定点加热达不到金属熔点但能使照射微区产生较大的温度梯度;激光扫描和溶液的冷却作用大大缩小了热效应,使连续激光实现了脉冲激光的加热效果。 采用808nm半导体连续激光聚焦照射浸于硝酸钠溶液中的不锈钢,实现无屏蔽、单步的激光电化学刻蚀金属。针对定点刻蚀中较为严重的横向刻蚀问题,通过激光扫描的方法减小了刻蚀线宽、提高了分辨率,并得到线宽62.5um的图形。实验研究半导体激光电化学微刻蚀金属工艺,对连续激光定点和扫描刻蚀的微观形貌进行分析;同时,通过对连续激光加热溶液中物质温度场分布的分析,对半导体激光电化学刻蚀金属的实验现象和工艺机理进行了较深入的探讨。溶液环境中激光加工的热效应研究进一步证实了激光电化学刻蚀不锈钢是一个激光光热作用诱导电化学溶解的复合过程。 根据高能量短脉冲激光加热溶液中物质产生爆发沸腾复杂现象的特点,提出了以导热过程为主导机制来进行准分子激光加热溶液中物质的传热分析;同时研究了准分子激光作用溶液中物质的光热效应对激光电化学刻蚀硅工艺的影响。采用激光等离子体冲击波理论、空泡理论分析了脉冲激光电化学微加工过程中力学效应的特点。同时,探讨了溶液中高能短脉冲激光加工的力学效应对脆性材料的去除机理;在此基础上,建立了材料去除率的数学模型;并采用水下激光加工的实验进行了模型验证,试验结果表明冲击力对脆性材料有较大的去除率。热-力学效应分析表明:该复合工艺的热效应较小,力效应显著。 探索一种新的硅刻蚀工艺—准分子激光电化学刻蚀硅工艺。对高功率密度的准分子激光电化学微刻蚀工艺进行一系列的工艺实验研究,并对激光加工的微观形貌进行分析;同时,通过与激光直刻的比较,分析了复合工艺刻蚀质量和刻蚀速率的特性。相比激光直刻,复合工艺获得较好的表面质量和较快的刻蚀速率。该复合工艺同时包含三种刻蚀作用:激光直接刻蚀作用、电化学刻蚀作用和激光与电化学的耦合刻蚀作用,其中激光直接刻蚀作用占主要部分。在耦合作用中,溶液中激光加工的力学效应对材料的刻蚀作用很大。通过对准分子激光与溶液中靶材相互作用过程的热-力效应分析,更深入地探讨准分子激光电化学工艺的刻蚀机理。从工艺原理分析可知,该工艺在硅微结构的三维加工领域中有较大的应用潜力。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 杨国伟;脉冲激光技术用于亚稳态纳米晶材料的制备[J];激光与红外;1999年02期
2 赵志伟,姜彦岛,何京良,张恒利,许祖彦;LD抽运Nd~(3+)∶Ca_3(VO_4)_2晶体实现1.06μm脉冲激光输出[J];中国激光;2000年07期
3 沈耀春,王春,H.A.MacKenzie,陆祖宏;一种新型的检测血糖含量的方法[J];南京大学学报(自然科学版);2000年05期
4 龚元;李斌成;高丽峰;韩艳玲;;光反馈光腔衰荡和脉冲光腔衰荡技术测量腔镜高反射率的对比研究(英文)[J];光子学报;2010年03期
5 孙小卫,杨杰,于意仲,龙晓,张锐,史红民.段振广,王昊;可用于高功率脉冲激光的面阵CCD模式测量装置[J];中国激光;1994年02期
6 刘波,杨经国,游承伦,马梅;激光冲击炭纤维靶的高温实时测量[J];激光杂志;1996年04期
7 张一丁;对大功率二氧化碳脉冲激光切割机切割性能的实验研究[J];大连轻工业学院学报;1997年03期
8 ;以碳化硅做衬底的蓝色二极管脉冲激光器[J];光电子技术与信息;1997年06期
9 何跃娟;朱日宏;沈中华;陆建;倪晓武;;薄膜-基底式管材中脉冲激光产生的温度场[J];江南大学学报(自然科学版);2006年01期
10 饶炯辉;杨克成;张晓晖;许德胜;夏珉;郑毅;;采用脉冲激光探测模拟的舰船气泡尾流[J];光学与光电技术;2007年05期
11 陈燕;牛燕雄;邵珺;陈琪;;脉冲激光辐照皮肤组织的热效应解析计算研究[J];激光与红外;2009年12期
12 宋长青;尹海宏;;脉冲激光对非晶硅薄膜晶化现象的影响[J];科技信息;2009年34期
13 张燕君;韦波;黄保凯;苏玉玲;毕卫红;;布喇格光栅人体温度检测系统的研究[J];光通信技术;2011年01期
14 黄茂全 ,刘朗 ,李虹 ,郑晋玲;简易脉冲激光能量检测器[J];山西大学学报(自然科学版);1981年02期
15 郭世锐;全息照相的应用[J];光学技术;1981年06期
16 戚诒让,王国宇;脉冲激光在水中产生的声波[J];中国海洋大学学报(自然科学版);1987年01期
17 王秋良,王又青,安承武;脉冲激光扫描淀积类金刚石薄膜[J];激光技术;1998年02期
18 曾传相,刘训章,周业为,谢建,周昕,黄援朝;脉冲激光倍频产生的光声信号的研究[J];中国激光;1998年12期
19 吴谨,彭先兆,万重怡,刘世明;用转镜扫描系统测量脉冲激光的二维光强分布[J];应用激光;1998年03期
20 田兆硕,王骐,王雨三;通频带宽对脉冲激光波形测量的影响[J];激光技术;2001年05期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 韦祝;周斌;汤建萍;;采用585nm染料脉冲激光不同脉宽治疗血管瘤疗效比较[A];美丽人生 和谐世界——中华医学会第七次全国医学美学与美容学术年会、中华医学会医学美学与美容学分会20周年庆典暨第三届两岸四地美容医学学术论坛论文汇编[C];2010年
2 胡文祥;张世功;鹿祥鹏;;脉冲激光在镀层圆柱表面激发的声场[A];2009年西安-上海声学学术会议论文集[C];2009年
3 刘秋香;王金斌;杨国伟;;脉冲激光诱导液—固界面反应制备金刚石纳米晶[A];第三届中国功能材料及其应用学术会议论文集[C];1998年
4 叶雁;郑贤旭;李作友;李泽仁;钟杰;刘振清;罗振雄;;用脉冲激光同轴全息技术测量微射流[A];中国工程物理研究院科技年报(2005)[C];2005年
5 叶信海;陈熙;王开元;;高能CO_2超脉冲激光经结膜矫治下眼袋[A];中华医学会第十二届全国眼科学术大会论文汇编[C];2007年
6 封国强;韩建伟;黄建国;马英起;张振龙;;基于脉冲激光的运算放大器单粒子瞬态脉冲效应的研究[A];第十二届全国日地空间物理学术讨论会论文摘要集[C];2007年
7 袁根福;梁华琪;;脉冲激光铣削的应用研究[A];2005年中国机械工程学会年会论文集[C];2005年
8 袁根福;梁华琪;;脉冲激光铣削的应用研究[A];2005年中国机械工程学会年会第11届全国特种加工学术会议专辑[C];2005年
9 叶信海;陈熙;周胜杰;王勤美;;高能CO2超脉冲激光经结膜矫治下眼袋[A];2005年浙江省眼科学术会议论文集[C];2005年
10 袁根福;梁华琪;;脉冲激光铣削的应用研究[A];2005年中国机械工程学会年会论文集第11届全国特种加工学术会议专辑[C];2005年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 马英起;单粒子效应的脉冲激光试验研究[D];中国科学院研究生院(空间科学与应用研究中心);2011年
2 冯颖;常规弹药引信脉冲激光与磁复合近程方位探测系统关键技术研究[D];南京理工大学;2011年
3 张峰烈;金属材料纳秒紫外脉冲激光微抛光理论与技术的研究[D];天津大学;2011年
4 吕涛;钬激光脉冲水下空化效应及其在消融生物组织中的应用[D];华中科技大学;2010年
5 戴罡;毫秒脉冲激光致薄膜光学元件损伤特性测试与数值分析[D];南京理工大学;2010年
6 胡胜亮;激光法制备碳纳米颗粒及其发光的研究[D];天津大学;2008年
7 杨悦;铝基体Ni-P镀层的激光改性、合金化与铝基粉末材料的镁合金激光熔覆研究[D];吉林大学;2006年
8 刘春阳;纳秒脉冲激光诱导单晶硅材料荧光效应的研究[D];天津大学;2012年
9 夏雄平;温密等离子体中非线性特性研究[D];华中科技大学;2012年
10 彭亚晶;纳米金属Al复合含能材料激光光热过程研究[D];哈尔滨工业大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 刘鎏;弥散介质内脉冲激光传输过程的蒙特卡罗法模拟[D];哈尔滨工业大学;2013年
2 郭文庆;基于高速摄像技术脉冲激光水介导牛胫骨消融的实验研究[D];福建师范大学;2013年
3 邱兆飚;脉冲激光除锈工艺研究及便携式激光除锈系统设计[D];华中科技大学;2013年
4 刘子瑜;脉冲激光损伤环氧树脂过程分析[D];长春理工大学;2014年
5 杨宏道;脉冲激光在硅表面制备微纳结构的研究[D];西南科技大学;2011年
6 张旭升;弥散介质中激光脉冲信号的时空特性研究[D];哈尔滨工业大学;2013年
7 许健;脉冲激光与水下金属靶材相互作用力学效应的实验研究[D];南京理工大学;2010年
8 叶龙飞;用脉冲激光沉积法在硅衬底上生长LiNbO_3薄膜的研究[D];浙江大学;2001年
9 杨益民;脉冲激光烧蚀石墨靶制备超硬非晶碳膜[D];湘潭大学;2002年
10 张志勇;用双楔形干涉仪进行微弱激光信号光谱探测方法的研究[D];电子科技大学;2003年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 记者 束洪福;张端明教授脉冲激光沉积动力学应用研究迈入世界前沿[N];科技日报;2009年
2 李兵;不锈钢表面处理新法[N];中国冶金报;2002年
3 刘海英;美军研制新型脉冲激光致盲器[N];科技日报;2009年
4 ;制造彩色不锈钢有新法[N];中国冶金报;2002年
5 本报记者 袁月霞;哪些皮肤问题适合做激光美容[N];中国消费者报;2004年
6 清华大学光盘国家工程研究中心 高宏 殷平;CD-RWCD-RW刻录机中的智能热平衡刻写技术[N];计算机世界;2001年
7 湘雅医院皮肤科教授 刘稚然;胎记是先天性皮肤病[N];湖南日报;2000年
8 记者张建松;我飞船轨道测距精确到厘米[N];人民日报;2003年
9 高峰;为安保人员减压的新科技(中篇)[N];人民公安报;2010年
10 顾钢;德国实用技术集锦(六)[N];科技日报;2004年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978