激光剥离GaN/Al2O3材料温度分布的解析分析

分析了脉冲激光作用下GaN的衬底剥离过程。利用简化的一维模型，给出一种比较直观的脉冲激光辐照下GaN／Al2O3材料温度分布的解析形式，得到了分界面温度和脉冲宽度的关系。表明，单脉冲作用下分界面的温度与加热时间的平方根成正比，并得出脉冲过后随着深度变化温度梯度的分布。在连续脉冲作用时，分界面的温度呈锯齿状不断升高。     

激光剥离技术中GaN材料温度场的研究

对使用脉冲激光实现GaN/Sapphire剥离技术,建立了激光剥离过程中GaN外延层一维热传导理论模型。计算分析了单脉冲辐照时,激光剥离过程中GaN外延层内的温度场分布。得到实现激光剥离阈值能量密度为400mJ/cm2,脉冲频率上限约为1400Hz,阈值条件下剥离过程中高温区分布限制在100nm以内。从而证明GaN基发光二极管(LED)外延结构无损伤激光剥离的可行性,并且为激光剥离技术参数的选取提供了理论依据。     

多脉冲激光辐照皮肤组织的光热效应实验研究

通过实验测定了离体乳猪皮肤组织在多脉冲Nd:YAG激光辐照下径向和轴向不同位置的温度分布,重点研究了激光辐照能量密度、脉冲重复频率以及波长对皮肤组织温升分布的影响.研究结果表明:皮肤组织中的温度分布与探测位置、激光辐照能量密度、脉冲激光的重复频率以及波长密切相关;在激光辐照时间为40 s的情况下,同一波长同一频率时组织温度随能量密度的增加而增大,波长1064 nm、霞复频率10 Hz时的安全光剂量阈值为1118.19 mJ/cm2;同一波长同一能量密度时,组织温度随脉冲激光重复频率的增加面增大;同一能量密度同一频率时,波长为1 064 nm的多脉冲激光辐照皮肤组织时的光热效应较532 nm波长明显.     

Micro-LED蓝宝石衬底AlN上GaN激光剥离研究

为了比较分析纳秒激光和皮秒激光剥离微型发光二极管(micro-LED)时AlN上GaN的热传导效果, 采用了改进的实时紫外光吸收和热传导的激光剥离理论模型进行计算分析的方法, 取得了在不同的激光波长、激光脉冲宽度、激光能量密度下的紫外波段光辐照时和停止辐照后GaN材料热场分布等数据, 并获得了适合micro-LED器件剥离的所用纳秒激光和皮秒激光的阈值条件。结果表明, 激光脉宽、激光波长、激光能量密度是实现激光剥离工艺的关键因素; 较适合的激光波长为209 nm~365 nm的紫外波段; 皮秒激光的剥离效果优于纳米激光, 且激光的脉冲宽度越短, 激光的波长越短, 剥离所需激光脉冲阈值能量也越低, 则对LED芯片区域的热影响也越小。该研究可为开发新型激光剥离设备和相关工艺应用提供重要参考。     

利用金属键合和激光剥离技术制备GaN/metal /Si异质结构的研究

利用金属键合和激光剥离将生长在蓝宝石衬底上的GaN薄膜转移到Si衬底上。键合后采用波长为248nm的准分子脉冲激光辐照蓝宝石衬底,低温处理去除蓝宝石衬底。系统地研究不同键合温度和激光能量密度对GaN结构和光学特性的影响。AFM、XRD和PL测试表明：键合温度和激光剥离的能量密度较低,转移衬底后GaN的质量较好;激光剥离的阈值能量密度为300mJ/cm2;键合温度400℃的样品均方根粗糙度（RMS）约为50nm。     

脉冲激光辅助切削氧化铝陶瓷工艺参数选取的研究

激光辅助加热切削是解决陶瓷类硬脆材料难加工问题的有效方法。为研究工艺参数的选取对脉冲激光辅助切削陶瓷加工效果的影响,建立了脉冲激光加热辅助切削Al2O3陶瓷传热模型,求解不同参数组合下工件温度场分布。根据Al2O3陶瓷温度在1000K以上时的软化层尺寸选取理论上合适的切削用量;采用激光参数和切削用量开展切削试验,统计试验切除率,检测加工表面粗糙度和表面形貌,探讨试验切除率与加工表面粗糙度之间的关系,结果发现采用温度场模拟获取的工艺参数能够获得较高的加工质量和切除效率。研究表明通过模拟温度场分布从而选取切削工艺参数,能有效保证脉冲激光辅助加热切削陶瓷类硬质脆性材料的工艺要求。     

激光剥离技术实现GaN薄膜从蓝宝石衬底移至Cu衬底

在GaN薄膜表面电镀厚100μm的、均匀的金属铜作为转移衬底.采用激光剥离技术,在400mJ/cm2脉冲激光能量密度条件下,成功地将GaN薄膜从蓝宝石衬底转移至Cu衬底.激光剥离后Cu衬底上GaN薄膜的扫描电子显微镜(SEM)测试结果表明,电镀Cu衬底与GaN之间形成致密的结合,对GaN薄膜起到了很好的支撑作用.同时铜的延展性好,使得GaN薄膜内产生的应力得到有效释放,保持了剥离后GaN薄膜的完整性.激光剥离后GaN表面残留物的X射线光电子能谱(XPS)分析显示,激光辐照产生的金属Ga部分与空气中的氧结合形成Ga2O3,这是剥离后GaN表面后处理困难的原因,并给出了相应的解决方法.     

波段外脉冲激光对锗材料热冲击效应的数值研究

强激光辐照锗材料可造成材料的破坏.对波段外脉冲激光辐照锗材料进行了理论研究,建立了激光辐照锗材料的热力耦合数学物理模型,对热传导方程和应力平衡方程进行有限元数值求解,对不同能量密度下波段外激光辐照锗材料的瞬态温度场和应力场分布进行了数值模拟计算,得到了材料最易损伤的位置和材料的损伤阈值以及锗材料的损伤阈值与激光参数之间的关系.分析结果表明:热应力损伤在锗材料的脉冲强激光损伤中占据主导地位,锗材料出现热应力损伤的激光能量密度小于出现熔融损伤的激光能量密度,应力损伤主要集中在光斑中心区域并体现为压应力损伤.     

长脉冲激光致铝合金靶产生热应力的数值研究

建立了Nd:YAG长脉冲激光与2A12铝合金圆盘相互作用时温度场的空间轴对称数学模型。基于热传导方程、热弹塑性理论、Prandl-Reuss塑性流动增量理论,考虑了热物参数随温度的变化,用有限元数值方法计算了材料表面的温度、热应力径向分布。根据Von Mises屈服准则判断了塑性屈服的发生。结果表明,长脉冲激光辐照时,材料中心温度最高、温升最快。在材料弹性阶段,表面径向应力始终为压应力并持续增大。被辐照表面中心首先发生塑性屈服,塑性区域热应力不断降低、范围逐渐扩大。随着长脉冲激光能量密度增加,材料在较低温度下更早进入塑性损伤阶段。     

基于有限元的脉冲激光辐照材料温度场研究

在激光超声检测过程中,为了合理加载脉冲激光的能量,以便获得幅值较大的超声波信号,同时避免脉冲激光造成材料的损伤,需要对脉冲激光辐照材料的温升进行数值计算。依据有限元理论,建立脉冲激光辐照材料的有限元模型,结合导热微分方程,将脉冲激光以热流密度的形式加载于材料表面,分析材料表层受激光辐照时的温度场,讨论有限元热分析时网格尺寸的选取对分析结果的影响。给出了材料表层受脉冲激光辐照时温度场的计算方法和网格尺寸的选择依据,并利用温度场的理论解析结果和应力场分析结果分别验证了温度场有限元计算方法的正确性和有效性。     

GaN/metal/Si heterostructure fabricated by metal bonding and laser lift-off

A process methodology has been adopted to transfer GaN thin films grown on sapphire substrates to Si substrates using metal bonding and laser lift-off techniques. After bonding, a single KrF (248 nm) excimer laser pulse was directed through the transparent sapphire substrates followed by low-temperature heat treatment to remove the substrates. The influence of bonding temperature and energy density of the excimer laser on the structure and optical properties of GaN films were investigated systemically. Atomic force microscopy, X-ray diffraction and photolumi-nescence measurements showed that (1) the quality of the GaN film was higher at a lower bonding temperature and lower energy density; (2) the threshold of the energy density of the excimer laser lift-off GaN was 300 mJ/cm~2. The root-mean-square roughness of the transferred GaN surface was about 50 nm at a bonding temperature of 400 ℃.     

低压下激光剥离的研究

为了研究低压环境对激光剥离的影响,利用准分子激光剥离系统和真空腔对GaN/蓝宝石样品分别在低压下和常压下进行多脉冲激光照射,之后用台阶仪测量样品的分解深度,得知相比常压环境,低压下GaN分解深度在脉冲次数为10次、20次、30次时分别增加了为10.2%,19.0%,24.3%,之后结合GaN材料分解过程和脉冲激光照射GaN/蓝宝石结构过程进行理论分析得到相应低压和常压下的GaN材料的理论分解深度,得到与实验一致的趋势。证明了低压环境能提高激光剥离速率。     

Ti：Al2O3可调谐激光器综述

掺钛蓝宝石(Ti∶AI_2O_3)是一种高增益、宽荧光辐射范围的激光晶体。Ti∶Al_2O_3可调谐激光器1982年问世以来发展极为迅速,已能提供从可见到近红外的会波段可调谐激光,单脉冲输出能量6.5J,连续输出功率巳达17W。国际上,敏宝石晶体和钛宝石可调谐激光器已有商品。第一台全固化可调谐激光系统已研制成功。     

308nm准分子激光剥离聚酰亚胺薄膜实验研究

为了研究聚酰亚胺薄膜在308nm准分子激光下的剥离效果, 采用实验研究的方法, 分别探究了激光能量密度、光斑重叠率、脉冲频率、衬底温度对激光剥离效果的影响, 并结合显微镜观察剥离后的衬底和薄膜形貌。结果表明, 激光剥离能量阈值约为160mJ/cm2, 在激光能量密度为180mJ/cm2~190mJ/cm2左右、光斑重叠率为68.33%时, 剥离效果较好; 提高衬底温度有利于激光剥离过程。该研究对聚酰亚胺薄膜在柔性电子领域的工业化应用具有一定意义。     

闪光灯泵浦的掺钛宝石激光器研究

报道了闪光灯泵浦的掺钛宝石(Ti~(3+):Al_2O_3)可调谐固体激光器的实验结果。已获得激光输出能量51mJ/脉冲,激光效率大于0.1％,可调谐范围为700—900nm。讨论了改善该激光器性能的途径。     

镁合金表面激光熔覆Al2O3陶瓷涂层组织分析及数值模拟

本文采用激光重熔等离子涂层的方法在AZ91HP镁合金上制备Al2O3陶瓷涂层,在实验和理论基础上利用有限差分方法对激光重熔过程中的温度场进行模拟.研究结果表明,在激光作用下,相应于不同的温度范围涂层形成了熔凝区(柱状晶)、烧结区(团絮状组织)和残留等离子区(层状结构).与激光功率相比,激光扫描速度对涂层温度分布影响较大.