微小激光微细加工区域温度分布均匀化方法研究

摘要

单片光电集成器件的制作涉及到光电子与微电子两大技术领域，利用光电集成技术制作出的光电器件具有功能强、可靠性好、体积小、成本低等优点，因此受到了广泛的关注。由于激光微细加工技术具有“低温处理”、“直接写入”等独特优势，可以实现光器件和微电子器件在同一衬底上的“分步制作，独立优化”，必将具有广泛的应用前景。该技术的关键之一在于如何解决激光微细加工区域温度分布的控制问题，进一步提高光电集成器件的性能。国内在激光微细加工区域温度均匀化研究方面少见报道，国外也对此领域研究不多，所以很有必要研究激光微细加工微小区域的温度分布均匀化。
　　本文的工作就是围绕着微小激光微细加工区域温度分布均匀化方法研究展开的，提出了实现微小激光微细加工区域温度分布均匀化的三种方法。这三种方法各具优点，可以根据实际情况确定选用何种方法。主要的研究内容和创新之处如下：
　　（1）利用掩模板对激光焦斑光强分布进行空间调制此方法的关键之处在于寻找能够实现温度均匀化的光强分布，文中给出了相应的设计方法。计算结果表明，采用四环带结构的掩膜板对入射光进行调制，在0.2倍光斑半径区域内平均温升达到500 K时，最大温差只有3.5 K（0.4倍半径处仅有4.5 K左右），可以在激光微细加工区域得到比较满意的温度分布。
　　（2）利用二元光学元件（BOE）实现温度分布均匀化其主要任务是设计二元光学元件的相位结构。主要完成的工作包括寻找实现温度均匀化的理想光强以及实现理想光强分布的二元光学元件的相位结构。文中采用遗传算法完成了这两步工作。采用这种方法均匀化以后，在激光微细加工区域平均温升达到500 K时，最大温差也只有3.5 K（注：在0.5倍半径以内）。
　　（3）采用液晶空间光调制器方案实现温度分布均匀化通过液晶空间光调制器对入射光束不同位置的微小局部进行幅度调制，从而改变输出光场分布，达到均匀化的目的。主要完成的工作有：设计了液晶空间光调制器的驱动电路以及一套闭环系统，根据测温系统的测量值，反馈到空间光调制器的控制端，对激光微细加工区域温度分布进行实时、动态的控制，使用更方便。

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第一章 引言

1.1研究背景

1.2相关技术研究现状

1.3 三种温度均匀化方法

第二章 掩膜法

2.1 温度场与入射光场的关系

2.2 高斯光束和“帽”形光束引起的温度分布

2.3 掩膜板设计

2.4结果分析

第三章 二元光学方法

3.1二元光学

3.2遗传算法及实现

3.4器件设计

3.5结果分析

第四章 空间光调制器法

4.1 空间光调制器简介

4.2 液晶空间光调制器

4.3 AM-LCD及其驱动技术

4.4 利用液晶空间光调制器实现温度均匀化的方案

4.5模拟计算结果

第五章 结 论

致谢

参考文献

附 录

附录1：高斯、平顶以及理想光强引起的温度分布

附录2：理想光强求解程序

附录3：相位板设计matlab程序

附录4：液晶法的模拟调整算法

硕士期间取得的研究成果