蓝宝石和碳化硅等材料是当今主流的用于Ⅲ-Ⅴ价半导体（氮化镓、砷化镓等）外延生长的基体材料。使用它们可以制造出许多高性能的光电器件,如高亮度发光二极管（LED）等。然而,这两种材料具有的高硬度和化学稳定性等特性,使得以它们为基体制造的晶圆很难用传统的机械加工和红外激光加工等方法进行分离。另外,随着光电器件的微型化,对这些材料的划片技术提出了更高的要求。本论文对紫外激光应用于蓝宝石晶圆和碳化硅等材料的划切加工技术进行了部分理论与试验研究工作。首先,介绍了晶圆材料对紫外激光的吸收机制;分析了紫外激光与晶圆材料的作用过程中发生的光热作用、光化学作用和等离子体的产生和屏蔽效应;总结了紫外激光与晶圆材料作用的几种理论模型:光化学模型、光热模型和SSB模型;并对SSB模型进行了修正,建立了修正的SSB模型。然后,利用数值模拟和有限元仿真的方法分别对紫外激光与蓝宝石晶圆相互作用过程中的光化学消融作用和光热消融作用进行了仿真研究,初步研究了紫外激光与蓝宝石晶圆的相互作用规律。最后,利用紫外激光加工系统,进行了蓝宝石晶圆和碳化硅划切工艺试验。研究了紫外激光划切工艺中,入射激光能量密度、激光脉冲重复频率、扫描速度等参数对划切深度、宽度、表面质量影响。论文得到的紫外激光与晶圆材料相互作用的机理及划切的加工参数对加工结果的影响,对应用紫外激光划切晶圆具有重要的意义。
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