刻蚀辅助激光精密加工技术研究进展
【清华大学孙洪波教授团队】

 

       金刚石、蓝宝石、碳化硅等硬质材料因具有高硬度、高热稳定、化学惰性及优异的光电特性,成为用于强辐射、高低温、易腐蚀等苛刻环境条件下工作的微纳器件的理想材料。例如,蓝宝石不仅可以作为日常消费电子产品显示屏,还可作为光学窗口用于军用空间制导、深海探测等苛刻环境。同时,其高硬度、高稳定性等特性使得利用传统加工技术对其进行精密加工非常困难。飞秒激光加工具有精度高、可三维加工和可加工材料广等优势,在硬质材料加工方面展现了极大的潜力。然而,飞秒激光烧蚀带来的表面质量差以及加工效率低是制约其在硬质材料工业制造中发展的主要技术瓶颈。

       近年来,清华大学精密仪器系孙洪波教授研究团队在飞秒激光加工硬质材料方面展开了系统的原理与工艺研究。一方面,利用化学湿法腐蚀辅助激光加工实现了硅、石英等材料高表面质量微纳器件的制备。另一方面,该团队创新性地提出了与半导体工艺相兼容的干法刻蚀辅助激光加工技术,不仅解决了蓝宝石、金刚石、碳化硅等高稳定性材料的加工质量与加工效率问题,而且将飞秒激光加工与半导体工艺有效结合,为微纳光电器件的系统集成提供了全新的思路。本综述在该团队长期探索与积累硬质材料加工的基础上,系统总结了刻蚀辅助飞秒激光加工的原理,分别介绍了湿法腐蚀与干法刻蚀辅助激光加工的方法及特点,并详细介绍了这两种刻蚀辅助激光加工技术在微光学、微电子、微机械、微流体等领域微纳器件制备中的应用。最后讨论了该技术在硬质材料微纳加工方面面临的挑战和发展前景。

刻蚀辅助飞秒激光加工流程及制备的集成微光学器件

 

研究团队简介

清华大学精密仪器系孙洪波教授团队主要研究方向为利用超快激光微纳加工技术制备微光学、微电子、微机械、微流控、微光电、传感、生物和仿生结构与器件,并探索其工业与国防前沿应用;利用超快光谱技术研究太阳能电池、有机发光器件和低维量子体系的光电和电光转换动力学。围绕上述研究内容,发表SCI论文400余篇,被SCI论文引用近16000次。孙洪波教授现为清华大学长聘教授,长江学者特聘教授,国家杰出青年基金获得者,全国百篇优博指导教师;电气电子工程师学会会士(IEEE Fellow),国际光学工程学会会士(SPIE Fellow),美国光学学会会士(OSA Fellow),中国光学学会会士(COS Fellow);任《自然》出版集团杂志Light :Science & Applications杂志执行主编,Optics LettersNanoscale等十余个国内外杂志编委或顾问编委,中国光学学会微纳光学专业委员会主任、国务院学位委员会学科评议组成员、自然科学基金重大项目负责人。

 

相关论文

Liu X -Q, Bai B -F, Chen Q -D, Sun H -B. Etching-assisted femtosecond laser modification of hard materials. Opto-Electron Adv 2, 190021 (2019).

DOI:10.29026/oea.2019.190021