一种超短脉冲激光烧蚀氮化硅的模拟计算方法技术

本发明专利技术公布了一种超短脉冲激光烧蚀氮化硅的模拟计算方法，利用Matlab对加工参数进行模拟计算分析，主要步骤包括：建立超短脉冲激光烧蚀氮化硅的烧蚀模型，对计算参数进行初始化；定义等离子体密度边界条件，并通过模型计算在不同模拟参数下的烧蚀阈值、深度和体积；基于计算结果和残留高度模型，对激光烧蚀残留高度进行分析评价，并给出指导参数。本发明专利技术可以避免通过反复实验获得加工参数的过程，利用模拟结果可对加工参数进行优化，从而可缩短产品周期，降低加工成本，提高生产效率，因此对超短脉冲激光烧蚀氮化硅的实际加工过程具有重要指导价值。

【技术实现步骤摘要】

【技术保护点】
一种超短脉冲激光烧蚀氮化硅的模拟计算方法，其特征在于该方法包括以下步骤：A、建立超短脉冲激光烧蚀氮化硅的烧蚀模型，并对模型常量进行参数初始化，同时定义所建模型中氮化硅发生烧蚀时的等离子体密度边界条件ρcr为1.6×1021cm?3；B、确定激光波长，设定脉宽计算范围为10fs～10ps，对氮化硅烧蚀阈值进行计算；当导带电子密度超过临界等离子体密度，即ρc(x,t)＞ρcr时，氮化硅产生损伤，当ρc(x,t)≤ρcr时，须对初始变量进行重新赋值计算；C、设定激光能量密度取值域为1J/cm2～8J/cm2，基于阈值结果对烧蚀深度进行模拟；在单脉冲烧蚀形貌为圆锥形状的体积建模假设条件下，建立烧蚀体积模型，并定义激光束腰半径，进而利用烧蚀深度模拟结果得到相应条件下的烧蚀体积；所述的体积模型为V=x·πω026ln(FFth)式中：V为烧蚀体积，x为烧蚀深度，ω0为束腰半径，Fth为烧蚀阈值，F为能量密度；D、建立扫描速度v、线重叠率δ与残留高度Δx的关系模型，定义烧蚀残留高度边界条件，并将阈值和深度模型计算结果加载到残留高度模型中；所述的扫描速度v与残留高度Δx的关系模型为v=ΔL(f-1)ξD(f-1)=Δxx×100%·D(f-1)式中：ΔL为在扫描速度方向上的两脉冲间距，ξ为相对残留高度，D为烧蚀直径，f为脉冲频率，x为烧蚀深度；Δx为残留高度，是指烧蚀轮廓峰顶线和轮廓谷底线之间的距离；所述的线重叠率δ与残留高度Δx的关系模型为δ=(d-Δd)d×100%=(1-ξ)×100%式中：Δd为烧蚀线间距，Δd=ξd；d为烧蚀线宽度，d=D；E、对脉冲频率进行赋值，并在能量密度为4.0J/cm2～8.0J/cm2，扫描速度为0～3mm/s条件下对残留高度进行计算；若Δx＞Δxmax，不满足要求，重新输入变量计算；若Δx≤Δxmax，满足加工精度，输出指导参数，完成模拟计算。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：吴东江，姚龙元，马广义，牛方勇，郭东明，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：