通过飞秒激光实现超精密微加工

文摘   2024-11-19 17:51   浙江  

12月5-7,由DT新材料主办的第八届国际碳材料大会暨产业展览会(Carbontech 2024)将在上海新国际博览中心隆重举办。同期针对半导体与加工主题特设4大论坛,宽禁带半导体及创新应用论坛、超硬材料与超精密加工论坛、金刚石前沿应用与产业发展论坛、培育钻石论坛,已邀请国内外知名专家和企业莅临交流,欢迎报名。

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飞秒激光器作为一种超短脉冲激光源,因其独特的超快时间尺度(飞秒级别,1飞秒 = 10-15秒)和高峰值功率,近年来在超精密微加工领域展现出巨大的潜力。通过与飞秒激光器相结合,可以实现对各种材料(从金属到半导体)的超精密加工,达到纳米级的精度和极高的表面质量。

   飞秒激光微加工的优势

1. 由于能量沉积时间极短,因此可以在没有热效应的情况下进行加工

由于飞秒激光器的脉冲持续时间为 ∼100fs(1fs=10-15s),因此在热量传递到材料之前就完成了对激光的暴露。因此,可以在不引起热致裂纹或碎屑(被激光熔化或蒸发并重新粘附到材料表面的物质)的情况下加工材料。相比之下,使用YAG激光器的脉冲持续时间较长,为 ∼20ns(1ns=10-9s),会导致热影响区和激光处理区域周围出现裂纹。这两种激光器之间的脉冲时间差异可以通过传播距离进一步理解;100fs脉冲和20ns脉冲将分别移动30μm和6m。

图源:orbray官网

2. 通过使用聚焦透镜获得高激光强度,可以仅在焦点区域形成微观结构。

飞秒激光器的波长为800nm,强度不足以在蓝宝石和石英玻璃等透明材料上引起吸附。然而,由于可以在焦点处获得超过10TW/cm2的高激光强度,因此只能在焦点区域形成微观结构。通过利用此功能,可以在玻璃内部创建光波导和微流体器件。由于所有材料(金属、半导体、玻璃、陶瓷)都可以用飞秒激光器加工,因此可用于钻孔、切割和凹槽制造。虽然通常聚焦激光的最小直径与其波长大致相同,但通过使用激光的高强度部分,可以制造出小于激光波长的纳米结构。还可以修复半导体光掩模中的缺陷(芯片和突起)。

图源:orbray官网

   飞秒激光器在金刚石加工中的应用

微纳结构加工

应用: 飞秒激光器可以用于在金刚石表面和内部加工微纳结构,如微透镜阵列、光子晶体、微流控通道等。

技术原理: 利用飞秒激光器的超短脉冲和高峰值功率,通过多光子吸收效应,实现对金刚石材料的高精度去除和改性。

精密打孔与切割

应用: 飞秒激光器可以用于金刚石的精密打孔和切割,实现微米甚至纳米级的孔径和切割精度。

技术原理: 通过控制激光束的聚焦和扫描路径,实现对金刚石材料的精确去除,避免热影响和裂纹产生。

表面改性与抛光

应用: 飞秒激光器可以用于金刚石表面的改性,如提高表面粗糙度、实现表面光滑等。

技术原理: 利用飞秒激光器的低热影响特性,通过控制激光能量密度和脉冲重复频率,实现对金刚石表面的精细抛光和改性。

三维加工与复杂结构制造

应用: 飞秒激光器可以实现对金刚石材料的三维加工,制造复杂的三维结构,如三维光子晶体、微机电系统(MEMS)等。

技术原理: 通过控制激光束的聚焦位置和扫描路径,实现对金刚石材料的三维去除和改性。

   最后

飞秒激光器在金刚石材料加工中的应用,展示了其在超精密微纳加工领域的巨大潜力。通过利用飞秒激光器的超短脉冲、高峰值功率和低热影响等特性,可以实现对金刚石材料的高精度微纳加工。未来,随着技术的不断进步,飞秒激光器将在半导体、光学、生物医学、航空航天等领域发挥越来越重要的作用,特别是在金刚石材料的应用中,展现出更加广阔的发展前景。


   第八届国际碳材料大会暨产业展览会

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宽禁带半导体及创新应用论坛

12月5日 周四 全天


10:25-11:00

议题待定

王英民,中国电子科技集团公司第四十六研究所首席专家


11:00-11:25

第三代半导体表面处理技术及装备

王德君,大连理工大学教授


11:25-11:45

基于氮化镓半导体的微波无线供电技术

敖金平,江南大学教授


11:45-12:05

以碳化硅为代表的第三代半导体产业演进及未来趋势

梁赫,重庆鬃晶科技有限公司总经理


13:30-13:55

Si基GaN器件及系统研究与产业前景

于洪宇,南方科技大学深港微电子学院院长


13:55-14:20

报告方向:金刚石半导体器件产业化进展

王宏兴,西安交通大学教授


14:20-14:40

磨抛工艺在超宽禁带半导体材料衬底制备中的应用

王彬,合美半导体(北京)有限公司总经理


15:10-15:35

报告方向:晶圆键合

王晨曦,哈尔滨工业大学教授


15:35-16:00

金刚石薄膜的制备与电学性能研究

胡晓君,浙江工业大学教授


16:00-16:20

报告方向:半导体先进键合集成技术与应用

母凤文,北京青禾晶元半导体科技有限责任公司、天津中科晶禾电子科技有限责任公司董事长兼总经理


16:20-16:40

山东大学团队(邀请确认中)


半导体及加工产业现状与趋势

12月5日 周四 上午


09:40-10:10

SiC产业发展分析与技术的新进展

赵正平,中国电子科技集团有限公司原副总经理


10:10-10:40

报告方向:超精密抛光技术研究进展

袁巨龙,浙江工业大学超精密加工技术研究中心主任


11:10-11:40

报告方向:芯片级金刚石晶圆

江南,中国科学院宁波材料技术与工程研究所研究员


11:40-12:10

报告方向:大功率芯片散热的解决方案

郭跃进,深圳大学异质异构国家重点实验室研究员、原Intel公司首席专家


金刚石前沿应用及产业发展论坛

金刚石生长与前沿应用专题

12月5日 周四 下午


13:35-14:00

金刚石增强导热复合材料与技术

朱嘉琦,哈尔滨工业大学教授


14:00-14:25

报告方向:金刚石量子前沿科技

Milos Nesladek,哈塞尔特大学教授


14:25-14:45

议题待定

Rahul Gaywala,印度Sahajanand Technologies Private Limited公司CEO


15:10-15:35

报告方向:金刚石信息功能传感和电子器件

廖梅勇,日本国立物质材料研究所(行程确认中)


15:35-15:55

报告方向:金刚石量子应用案例

赵博文,安徽省国盛量子科技有限公司创始人


15:55-16:15

硼掺杂金刚石电极的调控与电化学工程应用

魏秋平,中南大学教授


16:15-16:35

议题待定

嘉宾待定,普敦实验室设备(上海)有限公司


16:35-16:55

高灵敏性金刚石热敏电阻器件研究新进展

陈巧,中国地质大学(武汉)副教授


热管理应用及产业化解决方案专题

12月6日 周五 全天


09:30-09:55

金刚石在激光领域的应用研究

杭寅,中国科学院上海光机所研究员


09:55-10:20

三维集成金刚石先进散热技术进展

于大全,厦门大学教授


10:20-10:45

使用CVD金刚石散热器提升高功率密度芯片的性能

lan Friel,元素六业务拓展经理、首席科学家


11:10-11:35

金刚石材料的激光加工

王成勇,广东工业大学副校长


11:35-12:00

CVD金刚石散热材料制备及产业化应用

魏俊俊,北京科技大学教授


12:00-12:20

太原理工大学团队(行程确认中)


13:30-13:55

金刚石常温键合技术在高性能半导体器件散热中的应用

梁剑波,大阪公立大学副教授


13:55-14:20

朝着光束全方位调控的金刚石激光技术

白振旭,河北工业大学教授


14:20-14:40

Effect of gas phase nucleation on nano- and polycrystalline diamond growth in conventional MPCVD chamber

Mariia Lambrinaki,苏州思体尔软件科技有限公司CEO


14:40-15:00

精密磨抛技术在金刚石材料加工中的应用

梁浩,北京特思迪半导体设备有限公司


15:30-15:55

集成电路先进封装的钻石中介层

宋健民博士


15:55-16:15

微射流激光先进技术基于大尺寸金刚石高品质分片及微流通道制备方案

杨森,西安晟光硅研半导体科技有限公司


16:15-16:25

小分子液态源MPCVD制备超纳米金刚石薄膜材料及应用研究

熊鹰,西南科技大学教授


16:25-16:45

基于COMSOL仿真的圆柱形谐振腔MPCVD中金刚石沉积的调控

杨黎,昆明理工大学教授


12月7日 周六 上午


10:00-12:00

闭门讨论:金刚石在热管理市场怎么用?从哪个角度切入热管理市场一块蛋糕?(仅限邀请)


超硬材料与超精密加工论坛

先进加工技术及应用方案专题

12月6日 周五 上午


09:30-09:55

议题待定

康仁科,大连理工大学教授


09:55-10:20

议题待定

吴勇波,南方科技大学教授


10:50-11:15

金刚石的超精密加工技术现状与发展

赵清亮,哈尔滨工业大学教授


11:15-11:40

化学气相法制备单晶微刃金刚石磨料及工具新技术

孙方宏,上海交通大学教授


11:40-12:05

纳秒激光诱导活性金属等离子体反应刻蚀单晶CVD金刚石研究

温秋玲,华侨大学副教授


半导体切磨抛难题解决方案专题

12月6日 周五 下午


13:30-13:55

碳化硅晶圆减薄磨削装备及砂轮技术

尹韶辉,湖南大学无锡半导体先进制造创新中心主任


13:55-14:20

金刚石加工碳化硅晶圆衬底技术现状与趋势

栗正新,河南工业大学材料学院教授、河南工大高新产业技术研究院院长


14:20-14:45

金刚石衬底化学机械抛光原子级去除机理探讨

戴媛静,清华大学天津高端装备研究院常务副所长


14:45-15:05

金刚石超光滑与平坦化工艺路径探索

邓辉,南方科技大学机械与能源工程系研究员


15:30-15:55

大尺寸碳化硅晶圆加工过程面临的挑战与对策

张保国,河北工业大学教授


15:55-16:20

金刚石晶圆的磨抛一体化加工研究进展

陆静,华侨大学教授


16:20-16:40

硬脆材料的金刚石线切割过程切割力动态建模

梁列,西安理工大学青年教师


12月7日 周六 上午


10:00-12:00

闭门讨论:半导体CMP抛光“卡脖子”难点探讨



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