[发明专利]用激光加工金刚石材料制备的元器件及其制备方法

说明书

本发明公开了一种用激光加工金刚石材料制备元器件的方法，采用如下装置：激光器，用于控制激光器输出的光束快门，用于放置金刚石的工作台；在激光器激光头和工作台间设聚焦透镜；使激光器发射的激光经聚焦透镜照射在金刚石上；通过控制激光光斑与工作台的相对移动，使激光聚焦在金刚石表面或内部；通过调节激光器输出功率、激光输出的脉冲重复频率及激光斑相对工作台的三维移动速度，使激光辐射区域内金刚石材料转化为石墨相以及无定形碳相，及改变激光辐射区域内材料电导率及电磁波透过率。本发明还公开了采用上述的方法制备而成的元器件。本发明可以在金刚石表面和内部加工自由设计的电磁波调制器、电阻、电容等多种器件。

技术领域

本发明涉及一种电磁波调制器件及其制备方法，特别涉及一种用激光加工金刚石材料制备的元器件及其制备方法。

背景技术

目前，激光技术不断发展，其应用已经深入到材料科学、光电子器件、3D打印、生物医学等领域。与长脉冲激光相比，超短脉冲激光的脉宽极短，当激光作用到目标材料上时，焦点区域附近不会发生显著的损伤，在短时间内热传导等影响可以忽略不计。随着科技的发展，微电子技术显著推动了信息化社会的发展，目前硅材料仍旧占据着半导体材料领域的90％以上，而新一代半导体材料即第三代宽禁带与超宽禁带半导体材料也越来越受到重视。金刚石属于超宽禁带半导体材料，同时也是超硬材料。超硬材料是指维氏硬度大于40GPa的材料，这类材料具有高电子密度和高键能的共价键，金刚石的耐腐蚀性和优异的光电性能，使其可以作为重要的光学材料和电子材料。

电磁波调制器等一些元器件，主要是基于Si基底的光刻技术实现的，如申请号为202010166069.7的中国发明专利，该技术在Si表面刻蚀，结构实现对电磁波的调制，但是，Si基底对电磁波的透过率较低，此外刻蚀结构受限于加工精度等和结构本身的限制，很难做到对目标波段的电磁波实现较高调制深度。又如申请号为201911264503.9，201810223513.7的中国专利申请，公开了一种电致衬底电导率变化或者载流子浓度变化的电磁波调制器，然而，衬底材料电导率或者载流子浓度的变化范围有限，无法做到完全相变，因此制约了调制器的调制深度。

发明内容

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种用激光加工金刚石材料制备的元器件及其制备方法。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种用激光加工金刚石材料制备元器件的方法，采用如下装置：激光器，用于控制激光器的激光输出的光束快门，用于放置金刚石材料的工作台；在激光器的激光头和工作台之间设置用于聚焦的聚焦透镜；使激光器发射的激光经过聚焦透镜，照射在工作台上的金刚石材料上；通过控制激光光斑与工作台的相对移动，使激光聚焦在金刚石表面或内部；通过调节聚焦透镜的光学特性参数、激光的输出功率、激光输出的脉冲重复频率及激光光斑相对工作台的三维移动速度，使激光辐射区域内的金刚石材料转化为石墨相以及无定形碳相，进一步改变激光辐射区域内材料的电导率及电磁波的透过率。

进一步地，激光器输出的激光，其能量范围为：30nJ～30μJ，其脉冲重复频率≥100kHz，其脉冲宽度小于100ps。

进一步地，在激光器的激光头和聚焦透镜之间还设置第一反射镜及第二反射镜；使激光器输出的激光依次经过第一反射镜及第二反射镜后射到聚焦透镜上。

进一步地，在激光器的激光头和第一反射镜之间还设置半波片及偏振分束器；使激光器发射的激光依次经过半波片、偏振分束器后射到第一反射镜上。

本发明还提供了一种元器件，该元器件采用上述的用激光加工金刚石材料制备元器件的方法制备而成。

进一步地，元器件为电磁波调制器。

进一步地，元器件为电阻。

进一步地，元器件为电容。

进一步地，元器件为晶体管。

进一步地，元器件为集成电路。