超短脉冲激光与碳化硅相互作用研究

王金舵

（光学辐射重点实验室，北京 100854）

碳化硅（SiC）因其良好的材料性能被广泛应用于半导体制造行业[1-3]、航空航天领域[4-6]。碳化硅的切削性极差，易造成刀具产生红热性，需采用金刚石材质刀具[7]，而激光加工则不存在上述问题。长期以来，人们开展了大量关于激光与碳化硅相互作用的研究。研究表明[8-10]，相较于连续激光、长脉冲激光甚至纳秒级的短脉冲激光，皮秒至飞秒级的超短脉冲在加工时，热效应作用机理逐渐被场效应作用机理所替代。当脉宽减小到10 ps 以下时，由于脉宽小于电子晶格的热弛豫时间，电子吸收激光光子能量后，这些能量无法通过声子作用传递到晶格，从而不会发生晶格间的热传递现象，也就是说不产生热现象或仅产生局部有限的热现象，即实现冷加工。2010 年，哈尔滨工业大学的赵清亮等[11]人开展了飞秒激光加工SiC 烧蚀阈值及材料去除机理的研究，研究了脉冲数目、重复频率和入射激光功率对加工微结构形貌的影响规律。2016 年，天津工业大学的李晓宇等[12]人开展了飞秒激光加工SiC 的作用机理与激光功率密度阈值、脉冲宽度、频率、重叠率等参数关系的研究。2021 年，吉林大学的徐思佳等[13]人开展了基于水辅助的飞秒激光SiC 微孔加工方法的研究。在激光与物质的相互作用中，损伤阈值是最为重要的参数，根据损伤阈值可以在激光加工时精确估算所需能耗，提高效率节约成本。通常情况下，损伤阈值可由实验测量或依据经验公式计算得到[14]。……