紫外纳秒激光加工CVD单晶金刚石基础研究

化学气相沉积(chemical vapor deposition,CVD)单晶金刚石因具备优异的材料特性,被广泛应用于散热等领域;但由于CVD单晶金刚石的高硬度及脆性,目前多采用激光进行CVD单晶金刚石微槽结构的加工。为探究激光参数对CVD单晶金刚石微槽结构的影响,通过构建紫外纳秒激光平顶模式的线刻蚀能量模型并结合线刻蚀试验,分析激光功率及扫描速度对刻蚀CVD单晶金刚石槽宽度及深度的影响规律。结果表明:在线刻蚀试验中,激光功率由1.2 W增大至10.8 W时,线刻蚀槽的宽度基本不变,而深度由35.7μm增大至57.2μm;扫描速度由3 mm/s增大至29 mm/s时,线刻蚀槽的宽度由39.5μm缩减至26.3μm,深度由77.6μm缩减至18.0μm。结合线刻蚀能量模型以及线刻蚀试验,激光功率的增大会导致线刻蚀槽的宽度和深度增大,但对深度的影响要大于对宽度的影响;扫描速度的增大会导致槽的宽度和深度减小,同时导致槽锥角增大,底部出现平坦面。此外,EDS分析显示激光刻蚀后的产物中C元素含量减少,而O、N元素含量增加,说明在刻蚀过程中可能发生了金刚石向石墨的相变以及石墨的氧化反应,且在线刻蚀过程中可能出现了反应产物的溅射现象。

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本文档关键词:金刚石,激光,加工,紫外,基础