CN106583918B - 基于激光改变硅基表面形态并控制成型技术的研究方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于激光改变硅基表面形态并控制成型技术的研究方法，其按如下步骤：步骤一：硅基板的第一端固定；步骤二：激光照射硅基板的第二端，硅基板第二端形成凸起形貌；步骤三：测量硅基板凸起形貌的最大高度H以及最大直径D，通过以下公式计算硅基板表面凸起形貌的长径比：最大高度H/最大直径D；步骤四：改变步骤二的激光功率，重复步骤二至步骤三，统计不同激光功率下最大凸起形貌的长径比，以得出激光功率与最大凸起形貌的长径比规律。本发明以通过改变激光的功率来控制硅基板上凸起形貌的大小。本发明不需要对硅基板整体进行高温处理，避免了产生高温晶格缺陷和杂质缺陷。

Description

基于激光改变硅基表面形态并控制成型技术的研究方法
技术领域
本发明属于微纳米制造技术领域，具体涉及一种基于激光改变硅基表面形态并控制成型技术的研究方法。
背景技术
自从1987年美国首次提出MEMS(微机电系统)一词，MEMS(微机电系统)技术已经得到了几十年的发展，在制造工艺、新材料开发、以及相关设备等领域取得了长足的进步。由于硅材料来源广泛、价格便宜、而且又具有良好的机械性能，所以被广泛的应用在MEMS(微机电系统)当中。
目前，在硅基板上成型出三维凸起形貌的技术有很多种，例如氧化技术、光刻技术和刻蚀技术。但这些技术很难去改变硅基表面形态以及控制表面三维凸起的成型。而且以上的这些技术成型柔性太小，一旦要改变硅基表面形态，就必须要重新设计整个成型过程。同时这种微型化产业所要求的大批量、高效率、高精度、高密度、短周期、低成本、无污染、净成形等固有特点也制约了上述技术的广泛应用。
发明内容
基于上述现有制造技术存在的缺陷，本发明将提出一种基于激光改变硅基表面形态并控制成型技术的研究方法。
本发明采取如下技术方案：
基于激光改变硅基表面形态并控制成型技术的研究方法，其按如下步骤：
步骤一：硅基板的第一端固定；
步骤二：激光照射硅基板的第二端数秒，硅基板第二端形成凸起形貌；
步骤三：测量硅基板凸起形貌的最大高度H以及最大直径D，通过以下公式计算硅基板表面凸起形貌的长径比：凸起的最大高度H/凸起的最大直径D；
步骤四：改变步骤二的激光功率，重复步骤二至步骤三，统计不同激光功率下最大凸起形貌的长径比，以得出激光功率与最大凸起形貌的长径比规律。
优选的，步骤二，激光照射硅基板10s。
优选的，步骤二之后，还进行测量硅基板的第二端温度。
优选的，对硅基板的第二端端面至距离该端端面10um的区间进行温度测量。
优选的，步骤四，通过绘制折线图统计激光功率与最大凸起形貌的长径比规律。
本发明方法操作过程如下：先将硅基板一端夹在硅基板夹板上，然后打开激光发射器，用一束激光照射硅基板的第二端。经过数秒如t＝10s的时间照射后，利用红外测温仪测得硅基板前端凸起形貌(如，第二端端面到距离该端端面10um这一区间)的温度。关闭激光发射器，取下硅基板，借助光学放大仪器可以观察到硅基板前端的凸起形貌，然后测量出凸起形貌的最大高度H以及最大直径D，最终计算出硅基板表面凸起形貌的长径比。改变激光功率，重复操作上述步骤，观察硅基板的变化现象，总结规律。
本发明是基于激光改变硅基表面形态并控制成型技术的研究方法。与现有技术相比较，本发明具有如下特点:
其一，可以通过改变激光的功率来控制硅基板上凸起形貌的大小。
其二，不需要对硅基板整体进行高温处理，避免了产生高温晶格缺陷和杂质缺陷。
其三，本发明的加工方法易于控制，加工制造柔性高。
其四，本发明采用激光作为能源，不易产生有毒物质，有利于环保。
附图说明
图1为基于激光改变硅基表面形态并控制成型技术的台架。
图2为激光照射下硅基板表面凸起形貌的温度的变化曲线图。
图3A-3E为激光照射下硅基板表面凸起形貌的简单示意图。
图4为激光照射下硅基板表面凸起形貌的长径比的折线图。
具体实施方式
为使本发明的目的、特征和优点能更加的明显易懂，下面将结合附图对本发明的具体实施例做详细说明。需要说明是，附图采用简化的形式且均使用非精确的比例，仅用以方便、明确的说明本发明实施例的目的。
构建如图1所示的台架，该台架主要包括激光发射器、硅基板夹板，其中，硅基板夹板相当于微型尺寸的夹具，用于夹住微米级的硅基板。而相应的激光发射器也是微小型的激光发射器，该台架用于硅基板的激光照射操作。
采用硅基板夹板将硅基板的第一端夹住，用一束激光垂直照射到硅基板的第二端。激光照射一段时间后，硅基板表面的温度将逐渐升高，硅原子由于温度升高而产生热扩散效应，会在硅基板上形成凸起形貌。由于靠近激光源的悬空端温度最高，所以其凸起形貌最大，相应的固定端由于远离激光源，故其凸起形貌最小。
本发明主要通过改变激光功率来控制硅基板表面凸起形貌，为了方便观察、以及凸起形貌尺寸的测量及计算，故选择硅基板前端的凸起形貌(第二端到距离该端端面10um这一区间)进行试验研究。
实施例1
取一片未经过加工的硅基板夹在台架上，打开激光发射器，并将激光发射器的功率调到P＝30mW,然后照射激光。经过t＝10s的照射后，利用红外测温仪测量硅基板前端凸起形貌(第二端到距离该端端面10um这一区间)的温度曲线如图2所示。然后关闭激光发射器，取下硅基板并放置于光学放大仪器的显微装置下，借助光学放大仪器观察硅基板前端(第二端到距离该端端面10um这一区间)的凸起形貌如图3A所示。测量出凸起形貌的最大高度H和最大直径D，通过计算可以得到激光功率在P＝30mW时，其长径比(凸起的最大高度H/凸起的最大直径D)为0.090。
实施例2
在上述的台架上，重新换上一片未经过加工的硅基板。再次打开激光发射器，将激光发射器的功率调到P＝40mW，重复上述操作，得到凸起形貌如图3B所示。测量出凸起形貌的最大高度H和最大直径D，通过计算可以得到激光功率在P＝40mW时，其长径比(凸起的最大高度H/凸起的最大直径D)为0.120。
实施例3
在上述的台架上，重新换上一片未经过加工的硅基板。再次打开激光发射器，将激光发射器的功率调到P＝50mW，得到凸起形貌如图3C所示。测量出凸起形貌的最大高度H和最大直径D，通过计算可以得到激光功率在P＝50mW时，其长径比(凸起的最大高度H/凸起的最大直径D)为0.131。
实施例4
在上述的台架上，重新换上一片未经过加工的硅基板。再次打开激光发射器，将激光发射器的功率调到P＝60mW，得到凸起形貌如图3D所示。测量出凸起形貌的最大高度H和最大直径D，通过计算可以得到激光功率在P＝60mW时，其长径比(凸起的最大高度H/凸起的最大直径D)为0.140。
实施例5
在上述的台架上，重新换上一片未经过加工的硅基板。再次打开激光发射器，将激光发射器的功率调到P＝70mW，得到凸起形貌如图3E所示。测量出凸起形貌的最大高度H和最大直径D，通过计算可以得到激光功率在P＝70mW时，其长径比(凸起的最大高度H/凸起的最大直径D)为0.148。
经过上述的实验，得到不同功率下凸起形貌的长径比，绘制成如图4的折线图。经过上述实验可发现，当激光的功率增加时，硅基板表面三维凸起形貌的长径比也在增加。从图4可以看出，激光的功率与凸起形貌的长径比近似呈正比例关系。对于实验的特殊情况，即当激光的功率增大到很大时，长径比是否会急剧的增加，在此不做考虑。
以上实施例是参照附图，对本发明的优选实施例进行详尽说明。本领域的技术人员通过对上述例进行各种形式上的修改或变更，但不背离本发明的实质情况下，都落在本发明的保护范围中。

Claims (5)

1.基于激光改变硅基表面形态并控制成型技术的研究方法，其特征在于按如下步骤：
步骤一：硅基板的第一端固定；
步骤二：激光照射硅基板的第二端，硅基板第二端形成凸起形貌；
步骤三：测量硅基板凸起形貌的最大高度H以及最大直径D，通过以下公式计算硅基板表面凸起形貌的长径比：最大高度H/最大直径D；
步骤四：改变步骤二的激光功率，重复步骤二至步骤三，统计不同激光功率下最大凸起形貌的长径比，以得出激光功率与最大凸起形貌的长径比规律。
2.如权利要求1所述基于激光改变硅基表面形态并控制成型技术的研究方法，其特征在于：步骤二，激光照射硅基板10s。
3.如权利要求1或2所述基于激光改变硅基表面形态并控制成型技术的研究方法，其特征在于：步骤二之后，测量硅基板的第二端温度。
4.如权利要求3所述基于激光改变硅基表面形态并控制成型技术的研究方法，其特征在于：对硅基板的第二端端面至距离该端端面10um的区间进行温度测量。
5.如权利要求1所述基于激光改变硅基表面形态并控制成型技术的研究方法，其特征在于：步骤四，通过绘制折线图统计激光功率与最大凸起形貌的长径比规律。
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