皮秒激光加工CVD单晶金刚石的特征和机理研究

作     者：温秋玲 韦新宇 王华禄 崔长彩 陆静 胡中伟 姜峰 WEN Qiuling;WEI Xinyu;WANG Hualu;CUI Changcai;LU Jing;HU Zhongwei;JIANG Feng

作者机构：华侨大学制造工程研究院福建厦门361021 

出 版 物：《光子学报》 (Acta Photonica Sinica)

年 卷 期：2021年第50卷第6期

页      面：118-128页

核心收录：

学科分类：080901[工学-物理电子学] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 080401[工学-精密仪器及机械] 0804[工学-仪器科学与技术] 0803[工学-光学工程] 

基　　金：国家自然科学基金重点项目(No.51835004) 国家自然科学基金青年科学基金(No.51805176) 

主　　题：皮秒激光 金刚石 温度场 微槽 烧蚀特征 材料去除 

摘      要：为了探究皮秒激光加工金刚石的特征和材料去除机理,开展了皮秒激光加工CVD单晶金刚石微槽的试验和温度场仿真研究。利用场发射扫描电子显微镜检测了金刚石微槽表面和内部的微观形貌,实验结果表明,金刚石微槽边缘出现了微小崩边和微裂纹,微槽内部形成了周期约为255 nm和495 nm的纳米条纹。通过测量金刚石微槽宽度、深度、体积,得到了皮秒激光烧蚀金刚石的阈值、烧蚀速率和材料去除率。对金刚石微槽底部进行拉曼分析,发现皮秒激光加工金刚石是通过表面石墨化进行的,并且随着激光能量密度的增加,石墨峰出现了明显的红移。理论计算得到皮秒激光烧蚀金刚石的石墨层厚度约为88.7 nm。皮秒激光烧蚀金刚石温度场仿真结果表明,皮秒激光辐照能量主要分布在金刚石的表面,而通过热传导进入到金刚石内部的激光能量极少,因此皮秒激光加工金刚石的热影响区极小,导致其产生的石墨层厚度小于100 nm。