„GaAs“ slapto pjaustymo kubeliais pagrindinių lazerio parametrų analizė

Teorinė lazerio parametrų analizė yra labai svarbi proceso paklausos programai ir techniniams reikalavimams, nematomas pjovimas turėtų būti pagrįstas plokštelės medžiagos savybėmis, kad būtų galima pasirinkti tinkamą lazerio bangos ilgį, kad lazeris galėtų būti perduodamas per plokštelės paviršiaus sluoksnį, formuojant židinio tašką. plokštelės viduje (vadinamasis pusiau permatomas bangos ilgis). Pagrindinė sąlyga yra ta, kad lazerio fotonų energija yra mažesnė už GaAs medžiagos, kuri yra optiškai skaidrios charakteristikos, sugerties juostos tarpą. Tik tada, kai fotonų nesugers medžiaga arba nedidelis jos kiekis, optika parodys skaidrias charakteristikas. Dėl fotonų sugerties elektronai gali būti skirtingose ​​būsenose tarp šuolio, todėl elektronai iš žemo energijos lygio pereina į aukštą energijos lygį. Šviesos energijos sugerties stiprumas puslaidininkiuose dažniausiai apibūdinamas sugerties koeficientu. Darant prielaidą, kad šviesos intensyvumas I(x) ir sugerties koeficientas (cm{2}}) atstumo vienetui, sugerta energija dx yra:
dI(x)=- -I(x)dx (1)
Tada puslaidininkio vidinės šviesos intensyvumas gali būti išreikštas kaip I(x) {{0}} I(0)-e - -x) (2)
kur sugerties koeficientas yra šviesos energijos funkcija, o sugerties koeficiento priklausomybė nuo šviesos energijos (bangos ilgio, bangos skaičiaus arba dažnio) vadinama sugerties spektru. 1 paveiksle pavaizduoti įprastų puslaidininkinių medžiagų (pvz., Si, Ge, GaAs ir kt.) sugerties spektrai, kurių bangos ilgis šalia 0.87 μm GaAs sugerties koeficientas drastiškai pasikeičia dėl sugerties GaAs nešėjų fotonų energija, kad ji būtų generuojama peršokant iš žemos energijos lygio į aukštą energijos lygį. Šiuo atžvilgiu lazerio spindulys, kurio bangos ilgis yra trumpesnis nei 0,87 μm, negali praeiti pro GaAs plokštelę, o bangos ilgis, didesnis nei 0,87 μm, gali praeiti pro GaAs. šis bangos ilgis yra ilgosios bangos ilgio riba λ0 GaAs medžiagoms.

Šviesos bangos ilgis, atitinkantis ilgosios bangos ilgio ribą λ0, nustato mažiausią fotono energiją, kuri gali sukelti vidinę absorbciją puslaidininkiuose, ir egzistuoja dažnio riba v 0, atitinkanti dažnį. Kai dažnis yra mažesnis nei v 0 (arba bangos ilgis didesnis nei λ0), neįmanoma sukurti vidinės sugerties, o absorbcijos koeficientas greitai mažėja, o šis bangos ilgis λ{{5} } (arba dažnio riba v 0) vadinama puslaidininkių vidinės sugerties riba.
Šviesos bangos, kuriai esant gali įvykti vidinė sugertis, bangos ilgis yra mažesnis arba lygus draudžiamam dažnių juostos plotiui, tai yra:
hν{0}}Eg=hc/λ0 (3)
Kur: Pvz., draudžiamas puslaidininkinių medžiagų dažnių juostos plotis; h yra Planko konstanta; c yra šviesos greitis. Pakaitalą galima gauti:
λ0=1.24/Eg (4)
Galima gauti skaičiavimus Si ilgosios bangos riba λ0 ≈ 1,1 μm, GaAs ilgosios bangos riba λ0 ≈ 0.867 μm lusto trimatei integracijai GaAs plokštelių, nors plokštelės storis, priemaišų sudėtis ir tokių veiksnių kaip spektrinė absorbcija turi įtakos GaAs medžiagai, kuri daugiausia sugeria 0,87 μm arba mažesnius bangos ilgius, įskaitant beveik ultravioletinių bangų ilgius šviesos ir ilgesnės šviesos artimųjų infraraudonųjų bangų ilgių Pralaidumo greitis yra geresnis ilgesnių artimųjų infraraudonųjų spindulių šviesos bangos ilgiams. Todėl slapto pjovimo GaAs medžiagos plokštelės dažniausiai pasirenka 1064 nm infraraudonųjų spindulių lazerio bangos ilgį (viso pjovimo lazeriu dažniausiai pasirenkamas ultravioletinis lazeris); slapto pjovimo Si medžiagos plokštelės paprastai pasirenka 1342 nm infraraudonųjų spindulių lazerio bangos ilgį, kad lazerio šviesa pro plokštelės paviršių, fokusavimo lęšyje, pavyzdžiui, optinių institucijų vaidmuo, plokštelė viršutinės dalies viduryje. ir apatiniai plokštelės paviršiai tarp pasirenkamojo fokusavimo paviršiaus. Tuo pačiu metu, kiek įmanoma, sumažinti krintantį paviršių ir lazerio židinį tarp medžiagos sluoksnio lazerio sugerties efekto.
GaAs slaptas pjaustymas kauliukais parenka itin trumpą impulsinį infraraudonųjų spindulių lazerio spindulį, kurio pasikartojimo dažnis yra didesnis nei 5 W, o impulso pločio laikas yra mažesnis nei 100 ns, kad suspaustų lazerio sugerties energiją iki slenksčio lygio, kad būtų pasiektas pageidaujamas efektas. modifikavimo sluoksnį ir valdyti karščio paveiktą sritį. Sugerties koeficientas iš tikrųjų didėja eksponentiškai didėjant temperatūrai. Todėl impulso pločio parametras taip pat yra labai svarbus, ne per mažas, siekiant užtikrinti, kad fokusavimo srityje būtų sugerta pakankamai energijos, kad susidarytų modifikuotas sluoksnis, ir ne per didelis, kad aplink modifikuotą sluoksnį esančios srities temperatūra būtų per aukšta. . 2(a) paveiksle parodytas GaAs plokštelės mėginys po nematomo pjovimo, o 2(b) paveiksle parodyta GaAs plokštelės mėginio pjūvis po nematomo pjovimo mikroskopu, o tai rodo, kad išilgai 100 μm storio mėginio storio krypties Viduriniame plokštelės sluoksnyje susidaro kelių mikrometrų pločio ir 30 μm storio modifikacijos sluoksnis. Iš 16(b) pav. galima pastebėti vertikalią įtrūkimo liniją, besitęsiančią nuo SD sluoksnio viršaus ir apačios iki priekinio ir galinio lusto paviršių. Skiedrų atskyrimo efektas labai priklauso nuo to, kiek šis vertikalus įtrūkimas tęsiasi iki priekinio ir galinio lusto paviršių.