短・超短パルスレーザ時空間ビームシェイピング技術開発と微細加工への応用

短/超短脉冲激光时空光束整形技术发展及其在微加工中的应用

• 批准号: 15J10556
• 负责人: KIM BYUNGGI
• 金额: $ 1.09万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2015
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2015-04-24 至 2018-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-15J10556/
• 关键词: ナノ秒パルスレーザ; レーザスクライビング; ベッセルビーム; TSV; 透明導電薄膜; シリコンカーバイド; ビームシェイピング; 液体光学素子; プラズマ遮蔽

ナノ秒パルスレーザビームの時間強度分布シェイパの開発とレーザ微細加工への応用を睨んで，2016年度には(1)透明導電薄膜のベッセルビームスクライビングプロセスと(2)4H-SiCのTSVのためのレーザドリリング加工の特性解明に取り組んだ．(1)について：透明導電薄膜のナノ秒パルスレーザスクライビングにベッセルビームを用いることでアブレーション中のプラズマ遮蔽の影響を最小化し，単パルス照射による薄膜の除去が可能であることを実験および数値モデリングにより解明した．レーザビームの伝搬とレーザ加熱による材料の温度上昇をカップリングした数値モデルを開発した．この数値モデルを用いてベッセルビームがプラズマプルーム後方で回折して薄膜厚方向でも顕著な加熱が行われることを明らかにした．数値解析結果は実験結果ともよい一致を示していた．この研究により今まで貫通穴加工に限られていたベッセルビームの応用分野を透明薄膜の除去加工まで拡張できたと考えられる．(2)について：化学・機械的に耐久性の優れた4H-SiCは従来のエッチングが困難であり，エッチングレートも非常に遅いことが現状である．一方，基板の貫通加工は電子デバイスの形状と機能の高度化のために不可欠なプロセスである．ここで，本研究では高速な加工が可能なナノ秒パルスレーザを4H-SiCの穴あけ加工に用いるための基礎的な検討を行った．ビームプロファイル(ガウシアン，ベッセル)，波長(1064 nm, 532 nm)および加工環境(空中，水中)を変化させながら穴あけ加工の特性を調べた．穴あけ加工結果についてラマン分光等を用いて検討した結果，表面の炭化とSi再凝固層形成が加工の分解能と穴の深さに大きな影響を及ぼすことが分かった．本研究で得られた知見は高バンドギャップ半導体材料のレーザ穴あけ加工手法の提案に用いられると考えられる．

ナ ノ seconds パ ル ス レ ー ザ ビ ー ム の time intensity distribution シ ェ イ パ の open 発 と レ ー ザ microfabrication へ の 応 with wind ん を で, 2016 annual に は (1) transparent conductive film の ベ ッ セ ル ビ ー ム ス ク ラ イ ビ ン グ プ ロ セ ス と (2) 4 h - SiC の TSV の た め の レ ー ザ ド リ リ ン グ processing の features interpret に group take り ん だ. (1) に つ い て : transparent conductive film の ナ ノ seconds パ ル ス レ ー ザ ス ク ラ イ ビ ン グ に ベ ッ セ ル ビ ー ム を with い る こ と で ア ブ レ ー シ ョ ン in の プ ラ ズ マ covered の affect を minimize し, 単 パ ル ス irradiation に よ る film の may remove が で あ る こ と を be 験 お よ び the numerical モ デ リ ン グ に よ り interpret し た. レ ー ザ ビ ー ム の 伝 move と レ ー ザ heating に よ る materials の temperature rise を カ ッ プ リ ン グ し た the numerical モ デ ル を open 発 し た. こ の the numerical モ デ ル を with い て ベ ッ セ ル ビ ー ム が プ ラ ズ マ プ ル ー ム rear で inflexion し て film thickness direction で も 顕 the line heating な が わ れ る こ と を Ming ら か に し た. The results of the numerical analysis and the experimental results are consistent with those of the と, よ, and を, indicating that the <s:1> て, た, and た are consistent. こ の research に よ り today ま で through hole machining に limit ら れ て い た ベ ッ セ ル ビ ー ム の 応 removed using eset の を transparent film processing ま で company, zhang で き た と exam え ら れ る. (2) に つ い て : chemical, mechanical に durability の optimal れ た 4 h - SiC は 従 to の エ ッ チ ン グ が difficult で あ り, エ ッ チ ン グ レ ー ト も very に 遅 い こ と が status quo で あ る. On one hand, the <s:1> through-processing of the substrate <s:1> electronics デバ ス ス <s:1> shape と function <s:1> high-precision <e:1> ために must not be lacking in なプロセスである. こ こ で, this study で は な high-speed machining が may な ナ ノ seconds パ ル ス レ ー ザ を 4 h - SiC の den あ け processing に with い る た め の based な 検 line for を っ た. ビ ー ム プ ロ フ ァ イ ル (ガ ウ シ ア ン, ベ ッ セ ル), wavelength (1064 nm, 532 nm) お よ び processing environment (air, water) を variations change さ せ な が ら den あ け processing の features を adjustable べ た. Den あ け processing results に つ い て ラ マ ン spectral etc を with い て beg し 検 た results, が の coking と Si resolidification layer formation on the surface of deep processing の decomposition can と hole の さ に big き な influence を and ぼ す こ と が points か っ た. This study で have ら れ た knowledge は high バ ン ド ギ ャ ッ プ semiconductor materials の レ ー ザ den あ け processing technique proposed の に with い ら れ る と exam え ら れ る.

项目成果

Influence of natural convection on beam propagation in fluidic optical device

流体光学器件中自然对流对光束传播的影响

• DOI: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2015.06.085
• 发表时间: 2015
• 期刊: International Journal of Heat and Mass Transfer
• 影响因子: 5.2
• 作者: Byunggi Kim;Hong Duc Doan;and Kazuyoshi Fushinobu
• 通讯作者: and Kazuyoshi Fushinobu

Nanosecond pulse laser scribing using Bessel beam for single shot removal of transparent conductive oxide thin film

• DOI: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2016.11.088
• 发表时间: 2017-04-01
• 期刊: INTERNATIONAL JOURNAL OF HEAT AND MASS TRANSFER
• 影响因子: 5.2
• 作者: Kim, Byunggi;Iida, Ryoichi;Fushinobu, Kazuyoshi
• 通讯作者: Fushinobu, Kazuyoshi

Nanosecond pulse laser scribing of transparent conductive oxide thin film using Bessel beam

使用贝塞尔光束对透明导电氧化物薄膜进行纳秒脉冲激光划片

• 发表时间: 2016
• 作者: Byunggi Kim;Ryoichi Iida;Hong Duc Doan;and K. Fushinobu
• 通讯作者: and K. Fushinobu

ベッセルビームを用いたフッ素ドープ酸化スズ薄膜のナノ秒パルスレーザスクライビング

使用贝塞尔光束对掺氟氧化锡薄膜进行纳秒脉冲激光划片

• 发表时间: 2015
• 作者: Yutaka Tabuchi;Seiichiro Ishino;Atsushi Noguchi;Toyofumi Ishikawa;Rekishu Yamazaki;Koji Usami;Yasunobu Nakamura;キムビョンギ
• 通讯作者: キムビョンギ

Bessel beam laser-scribing of thin film silicon solar cells by ns pulsed laser

纳秒脉冲激光对薄膜硅太阳能电池进行贝塞尔光束激光划片

• DOI: 10.1299/jtst.2016jtst0011
• 发表时间: 2016
• 期刊: Journal of Thermal Science and Technology
• 影响因子: 1.2
• 作者: Duc Hong DOAN;Ryoichi IIDA;Byunggi KIM;Isao SATOH and Kazuyoshi FUSHINOBU
• 通讯作者: Isao SATOH and Kazuyoshi FUSHINOBU