文档介绍：激光在材料中的应用杜鹏(工业大学材料学院材料科学系1141900308)摘要本文介绍了激光的产生机理和性能特点,从材料吸收和激光波长的关系讨论了激光加工中使用的激光器,介绍了国外在激光材料加工方面所做的工作,尤其是超微细加工和材料热加工方面的进展。最后展望了激光加工的发展前景,指出应该大力发展激光加工的应用研究。关键词激光飞秒激光微加工引言自上世纪60年代成功研制第一台激光器不久,人们就开始进行激光与材料交互作用方面的研究。这是继原子能,计算机,半导体之后人类的又一重大发明。激光在材料中的应用十分广泛,包括:简单的材料吸收光致局部加热,也可以是复杂的光致化学反应已经烧蚀,等离子体的产生等,这些现象都与激光特性,材料性质和加工环境有关。近年来,非接触性和高加工精度受到人们的亲睐,激光切割,激光表面热处理,激光焊接和工业领域的迫切需求大大促进了激光加工技术的实用化。随着深入研究,激光脉冲的时域宽度被压缩的越来越短,由纳秒到皮秒直至飞秒,不但提供加工精度,还可以加工以前长脉冲激光无力加工的透明材料。超短脉冲激光微加工具有广阔的前景。激光的发生受激辐射自发辐射:假设存在于发光有关的两个能级E1、E2。如果原子已经处于高能级E2,它可以自发地、独立地向低能级E1跃迁并发射一个光子。各个原子发射的自发辐射光子,除了能量上的制约以外,发射方向和偏振态都是随机和无规则的。若N2代表高能级E2的原子密度,则在单位体积单位时间发生自发辐射的原子数(dN2/dt)Sp与高能级的原子数N2成正比。受激辐射:当一个能量hv=E2-E1的光子趋近高能级E2时,入射的光子诱导高能级原子发射一个和自己性质完全相同的光子来。受激辐射的光子和入射光子具有相同的频率、(Al2O3单晶)和激活物质Cr3+提供亚稳态能级,从基态到激发态经亚稳能级构成三能级激光器。受激辐射产生的光子受到谐振腔的限制,光波沿着红宝石轴来回传播,强度越来越强,发出高度准直的高强度相干波。激光在超微细加工方面的发展(1)利用激光分解有机金属化合物,使它析出金属膜层附在衬板上,这是一种对半导体加工和集成光学加工很有用的工艺。(2)离子注入硅的激光退火。激光照射到受离子轰击而损伤的半导体基片上,局部表面温度提高到熔点以上则可使受损伤的部位恢复完善的晶格。改变激光功率密度和照射时间,可以控制晶格的恢复过程,控制杂质的深度和分布。(3)激光外延再结晶。采用分子束外延的方法在硅片上蒸气沉积非结晶薄膜,沉积后的硅片用Q开关,单模输出YAG激光器扫描,控制光强使材料表面熔化,硅片上蒸气沉积的非结晶层重新结晶化,即可获得优良完美的结层。(4)激光掺杂。在n型硅上涂上磷的悬浮液,或在p型硅上涂以硼酸溶液,使之干燥形成约1mg/cm的薄层然后用激光照射,表面熔深0~50微米,结果产生简并层,即nn+和pp+,在p型硅上涂以磷杂质,采用同样工艺,则可得到np+和p矿整流结构。正向电阻具有目前欧姆接触的数量级,而反向电阻比正向电阻大104倍以上。(5)在硅片上形成欧姆接触的激光合金化技术。用激光照射金属膜与硅片反应形成高电导的接触,这就是所谓半导体电路的激光合金化。(6)集成电路的激光互连术为集成电路的设计和制作提供了新的有利条件。最近的研究表