激光等离子体法清洗微纳颗粒的物态变化研究

为了探究激光等离子体冲击波清洗过程中微纳颗粒的物态变化特性,针对单晶硅表面Al微纳颗粒进行了清洗实验;结合等离子体传播规律与有限元法模拟了颗粒内部的应力和温度变化情况,得到了颗粒相变和演化的规律。结果表明,大颗粒与中颗粒数量明显减少,尺寸由原来的0.5μm~3μm变为0.1μm~1μm;颗粒的物态变化主要是冲击波瞬时高温高压作用所致,颗粒内最大应力达到1GPa,最大温度达到1100K;颗粒在冲击波作用下发生了破裂与相变,细小颗粒数量增多并粘附在样品表面,增大了清洗难度。此研究可为激光清洗颗粒的理论和应用提供参考。     

激光冲击波清洗K9玻璃表面SiO2颗粒的研究

光学元件表面的颗粒污染物会影响到光学系统的正常运行,为了解决此污染问题,采用激光等离子体冲击波清洗法移除K9玻璃表面的SiO2颗粒污染物。在激光器扫描模式下,实验研究此方法的清洗效果;在激光单点作用下,理论计算了颗粒位置、激光作用距离及激光能量对清洗效果的影响,并以实验加以验证。结果表明,通过良好地控制激光参量,采用Nd:YAG激光清洗K9玻璃表面的SiO2颗粒具有明显的效果;在激光单点作用下,计算结果与实验结果规律一致。     

激光等离子体空气冲击波前参量的测定及研究

根据空气中激光等离子体冲击波自由衰减条件下的波前传播方程和冲击波波阵面处动量、能量、质量守恒定律 ,给出了冲击波波阵面处温度、压强、气体密度、粒子运动速度等重要参数的计算公式 ,并与实验数据进行了比较。结果表明当波速小于空气中正常声速的 1 5倍时 ,波阵面处出现热力学量参数突变的冲击波模型不再适用 ,出现了冲击波向正常声波过渡的新特性     

激光等离子体冲击波波阵面衰减特性的实验研究

采用光偏转法分别对空气及水中的激光等离子体冲击波信号进行了探测。研究了自由衰减条件下,激光等离子体冲击波波阵面的衰减特性,并讨论了作用激光能量以及介质的物理特性对冲击波波阵面衰减特性的影响。结论表明,采用光偏转法可以有效地探测各种透明流体介质中的激光等离子体冲击波;同种介质中,作用激光能量越大,冲击波衰减越慢;作用激光能量相同,冲击波在波阻抗较小的介质中衰减较慢。     

光纤探针技术在冲击波参量测量中的应用

简要分析了光纤探针技术的应用与发展,着重介绍了光纤探针在冲击波到达时间、冲击波速度以及冲击波波前形状探测中的应用,最后,描述了其前景和主要研究方向.     

玻璃表面微颗粒的激光清洗研究(特邀)

针对玻璃表面微颗粒的污染问题,文中研究了脉冲激光对颗粒污染物的清洗阈值和清洗效果。通过颗粒吸附和形变模型计算石英玻璃表面与颗粒间的吸附力,分析热应力与激光能量密度的关系。通过吸附力和热应力的对比分析得到颗粒污染物的清洗条件和理论阈值。实验对比石英玻璃表面颗粒的正面入射和反面入射的清洗效果,研究功率密度、扫描速度和清洗次数等参数对清洗率的影响。结果表明,大颗粒污染物的反面清洗可以完全去除,正面清洗小颗粒污染物的效果较好。单因素和三因素研究表明激光功率密度对清洗率的影响比扫描速度大,激光清洗次数对清洗率几乎没有影响。     

约束层刚性对激光诱导冲击波影响的研究

用不同的实验方法研究了约束层的厚度和弹性与激光冲击强化效果和变形量的关系,进而说明约束层本身的刚性对激光诱导冲击波的影响。实验表明,采用一定厚度的约束层,既能有效利用激光能量,又能获得较大的激光冲击波峰压;一定刚性的约束层比弹性约束层更能有效提高激光冲击波的峰压,从而能得到更好的激光冲击效果。     

激光冲击处理304不锈钢表面的形貌特征及其机理分析

为了研究激光冲击强化(LSP)过程中冲击波柔性加载条件下靶材的表面形貌与变形机理的联系,采用短脉冲强激光对304奥氏体不锈钢表面进行LSP处理,在没有对材料表面进行腐蚀的条件下,利用光学显微镜直接观察了LSP处理后材料的表面,并分析了其表面形貌特征与形成机理。研究发现,表面形貌呈现了多晶面心立方(FCC)金属的塑性变形特征,所浮现的形变组织能够直接反映材料在冲击波加载下的变形机制。实验结果表明,激光冲击后材料的表面形貌与塑性变形机制具有对应关系,这为LSP处理的变形机理的研究提供了一种新的实验方法。     

激光冲击铜薄膜的应力波传播特性模拟分析

为了研究冲击波的传播特性,采用有限元分析方法模拟不同参量激光冲击铜薄膜的过程,结合应力波理论分析了膜-基系统的动态应力波传播特性。结果表明,激光能量为30mJ时,冲击波为弹性波,薄膜在单次冲击作用下,其内质点速率最大为-0.018mm/s,3次冲击作用下,薄膜内部质点速度与残余应变变化较小;激光能量为120mJ时,冲击波为弹塑性波,3次冲击比单次冲击质点最大速率减小了26.44%,残余应变深度增加了35.48%。这对研究冲击波传播具有指导意义。     

激光冲击波加载690高强钢薄板传播机制的模拟与实验

为研究激光冲击波在690高强钢薄板中的传播机制,对690高强钢薄板经激光冲击后的动态响应以Hyperworks、LSDYNA为平台进行模拟,用聚偏氟乙烯压电传感器进行测量,将模拟结果与实验结果对比研究试样动态应变特性,建立了高应变率条件下表面动态应变模型和690高强钢薄板激光冲击波加载模型。研究结果表明,在功率密度为12.7GW/cm~2的激光加载下,通过改变表面测量位置和试样厚度测得表面Rayleigh波波速为3.08×103 m/s、纵波的波速为3.09×103 m/s;表面Rayleigh波传播速度模拟值为3.24×103 m/s,模拟结果与实验结果有较好的一致性;通过调整激光功率密度可分离剪切波和表面Rayleigh波。实验数据证明690高强钢表面动态应变模型准确可靠,激光冲击波加载模型可描述激光冲击波在690高强钢薄板中的传播机制。     

Effects of size, humidity, and aging on particle removal from Si wafers

The effects of particle size, humidity, and aging time on particle removal from silicon wafers were investigated with a laser shock wave at a constant removal force. Particle adhesion force, shock wave cleaning force, and the removal moment ratio were calculated and related to particle removal efficiency (PRE). The presence of capillary forces and particle deformation significantly increased the adhesion force. In order to control the humidity and magnitude of deformation, humidity and aging time were varied during particle removal tests. PRE decreased rapidly for particle sizes below 1 μm as the humidity and contact area increase. The calculations of removal moment ratios agreed well with the experimental observations. Both humidity and process time should be controlled to avoid the aging of particles and to achieve high PRE for particles smaller than 1 μm.     

Post-CMP cleaning using acoustic streaming

Noncontact surface cleaning is a desirable process in post-chemical mechanical polishing cleaning. High-frequency megasonic cleaning utilizes acoustic streaming as the dominant particle removal mechanism. It is widely used in the semiconductor industry for the removal of particulate contamination. This paper introduces recent results that involve the removal of silica slurry using megasonic cleaning. A noncontact (megasonic) cleaning process for the removal of slurry residues from dipped and polished wafers is presented. Complete particle removal (100%) was achieved using megasonics with deionized water with 1% NH₄OH using wafers dipped in silica slurry. The optimum conditions for megasonic cleaning (power, temperature, and time) were determined for the removal of the silica slurry. Up to 99% particle removal from polished wafers was accomplished using noncontact megasonic cleaning with 1% ammonia for 15 min.     

利用激光清洗技术清除砂岩及光学元件表面污染物

激光清洗技术与其他清洗方法（化学清洗、超声波清洗等）相比,具有保证清洗对象无损、清洗效果好、精细和无污染等优点,正在被广泛地研究和应用。根据去除原理的不同,激光清洗技术被分类为干式激光清洗、湿式激光清洗和激光等离子体冲击波等方法。在文物保护领域中,石质文物表面的污染物影响文物美观,更严重威胁着文物的保存。在高功率固体激光装置中,光学元件表面的污染物严重影响了激光系统的正常运行。利用激光清洗技术清除砂岩表面的墨迹污染物以及镀金K9玻璃表面颗粒和油脂污染物,利用显微镜、暗场成像法、紫外可见近红外分光光度计、X射线光电子能谱仪等方式检测清洗效果,结果表明清洗效果良好。     

兆声清洗法和离心喷射清洗法的比较

用基于改进的RCA清洗液结合兆声清洗法和离心喷射法清洗抛光的硅片，干燥后用激光扫描法测试抛光硅片表面颗粒．结果表明，改进的RCA清洗液结合兆声的清洗方法对于去除硅片表面的微小颗粒具有更高的效率．     

溶胶-凝胶膜光学表面激光清洗工艺研究

为了解决光学元件表面的颗粒污染问题，在单发次激光干式清洗的基础上，提出了气流置换系统辅助的激光清洗方法，使用波长为355nm的Nd:YAG激光器，针对镀溶胶-凝胶SiO₂薄膜熔石英光学表面粒径为1μm~50μm的典型SiO₂颗粒污染物，进行了理论分析和清洗实验，取得了可用于激光清洗的工艺参量。结果表明，对于镀溶胶-凝胶膜熔石英样品的单发激光干式清洗，最佳激光能量密度为2.29J/cm2，与未镀膜石英的激光清洗工艺参量存在一定差异；在最佳工艺参量下，单发次激光清洗对于粒径1μm以上的SiO₂颗粒清洗效果明显，移除率可达82.96%；当污染密度过高时会导致清洗效果的减弱及对基底的损伤，而气流置换系统辅助的激光清洗方法可进一步增强对光学表面颗粒污染的去除效果。该研究对大型高功率固体激光装置中的光学元件在线清洗及清洗装备的设计具有重要的研究意义与实用价值。     

微纳米颗粒的激光去除

微纳米颗粒的去除是半导体、微电子、微型机械、精密光学等高新技术中的关键问题,而常规清洗方法难以有效去 除。近年来国际上发展的DLC、SLC激光去除方法非常有效,本文对DLC、SLC的实验方法、去除机制、影响因素和规律等进 行综述,指出了存在的问题。     

激光融血栓冲击波中的光纤光栅监测研究

根据Rayleigh-Plesset气泡动力学模型分析了激光融血栓过程的冲击波,在离体实验中设计了光纤光栅传感系统实现冲击波监测.激光融血栓系统利用激光脉冲使血液空化,发出冲击波并使血栓消融,血栓的存在与否将影响冲击波产生和传播.根据这个性质,光纤光栅传感系统以窄线宽激光器为光源,采用边缘滤波法解调反射波长,实现了冲击波的动态测量.离体实验测量结果表明,该传感系统可对血栓的存在状态实现有效地监测.