论文摘要
宽禁带材料的研究及应用越来越受到人们的重视,像以氮化镓（GaN）为代表的第三代半导体材料、石英玻璃（SiO2）材料都是研究的热点领域。其中石英材料因其卓越的物理性能已成为MOEMS器件制作的重要材料之一。GaN基半导体材料具有电子饱和漂移速度高、导热性能良好等特性,已成为发光半导体LEDs等器件的关键材料,其应用前景十分广阔。但是由于上述材料的化学惰性和硬脆特性,其加工难度极大。157nm深紫外激光因其波长短,光子能量高,可直接破坏材料的化学键,热影响区小,被视为石英和GaN材料微加工的理想工具之一。本论文介绍了Exitech公司生产的M2000型157nm深紫外激光微加工系统及其加工特性,并利用该设备,对石英（含光纤）和氮化镓两种宽禁带材料进行了一系列微刻蚀实验,并对其微加工机理进行了探讨。本文的主要研究内容及结论如下：1.研究了157nm激光工艺参数对石英玻璃的刻蚀效率和表面粗糙度的影响。实验结果表明,石英材料的刻蚀率随脉冲数的增加呈下降的趋势,大光斑的刻蚀率高于同等条件下小光斑的刻蚀率。为提高微孔加工的质量,脉冲频率不宜高于25Hz。根据研究结果,采用最佳工艺参数在石英基片进行了多种三维微结构的加工试验,证实了157nm激光微刻蚀工艺在制备MOEMS器件方面的实用性。另外,还在单模和多模光纤上制备了多种三维微细结构,这将为新型光纤传感器的制备提供一种新的工艺途径。2.采用157nm波长准分子激光,对LED-GaN半导体薄膜进行了刻蚀试验研究,确定了最佳工艺参数范围。并结合数控技术在GaN薄膜上试制了多种三维微结构。还研究了工艺参数对刻蚀壁面垂直度的影响。结果表明,157nm激光对氮化镓材料具有良好的三维微加工能力。3.探讨了两种重要宽禁带材料的157nm激光刻蚀机理,并建立了数学模型。分析表明,单光子吸收引起的光化学反应是157nm激光刻蚀石英材料和氮化镓材料的主要机制。