[发明专利]基于激光照射不同材料对表面微结构成型影响的研究方法

权利要求书

1.基于激光照射不同材料对表面微结构成型影响的研究方法，其特征在于如下步骤：

步骤一：利用飞秒激光照射硅基板，硅基板形成表面凸起；

步骤二：基于相场模型理论，构建数学模型，对硅基板凸起成型实验进行仿真分析；

步骤三：选取导热系数不同的其他材料基板，重复步骤一及步骤二，获得不同材料基板凸起成型的规律。

2.如权利要求1所述基于激光照射不同材料对表面微结构成型影响的研究方法，其特征在于，步骤二，构建系统化学能和表面能、时间空间和运动的模型，并求解。

3.如权利要求2所述基于激光照射不同材料对表面微结构成型影响的研究方法，其特征在于，构建系统化学能和表面能、时间空间和运动的模型的具体过程：

先确定模型的初态：模型中的总自由G能根据Cahn-Hilliard model推导出，其中材料的化学能和表面能：

其中，f(c,T)表示驱动硅原子发生扩散运动的化学能，表示材料的表面能，h是梯度能系数；变量c由Cahn-Hilliard非线性方程以及质量守恒定律共同决定，是一个基于空间领域以及时间领域的参数；在相场模型中，变量c对整个空间及时间的运动表达式为：

μ＝[4c³-6c²+2c-ch²▽²+αc(1-2c²+c⁴)(T-T_m)] (4)

M表示硅原子的迁移率；α表示温度相关的系数；μ表示化学势；飞秒激光温度场通过热扩散方程表示：

上述公式中，ρ为硅的密度、λ为硅的比热容、T表示硅基板上的位置、t表示时间、k为硅的导热系数、β为激光的吸收系数、Q为热量关于位置的函数；R和I₀分别表示激光的反射率和激光的密度、σ表示飞秒激光激光束的半径、P为飞秒激光功率；通过计算上述运动方程指导体系处于平衡状态，得到不同时间下的硅相形态变化。

4.如权利要求3所述基于激光照射不同材料对表面微结构成型影响的研究方法，其特征在于，采用半隐式傅里叶谱、半隐式向后差分公式计算方法求解相场数学模型。

5.如权利要求4所述基于激光照射不同材料对表面微结构成型影响的研究方法，其特征在于，改写(3)式：

▽·(M▽μ)＝A▽²μ’+S_μ (8)

上式中，▽为拉普拉斯算子μ’是μ的线性部分；其中，S_μ＝▽(M▽μ)-A▽²μ'，线性部分A▽²μ'采用半隐式傅里叶谱方法中的隐式进行求解，而非线性部分▽(M▽μ)采用半隐式傅里叶谱方法中的显式进行求解；结合上述两种计算方法以及有限差分公式将公式(8)转化为如下形式：

Pⁿ＝AΔt[▽·(M▽μ₁ⁿ)-2τ▽²cⁿ+τch²▽⁴cⁿ] (10)

上述公式(8)(9)和(10)中的A和τ都是常数；采用傅里叶变换来推导变量c关于时间和空间的表达式；

上式中，Dev＝3+4Δtτk²+2Δtτch²k⁴，插入符号∧和下标k都代表傅里叶变换；

变量cⁿ⁺¹的求解过程如下：先求化学势μ以及硅基板当中的温度场集中区域；解出公式(11)，求出再通过傅里叶逆变换求出cⁿ⁺¹。