[发明专利]一种在硅基材料内部形成球形空腔的方法和设备

说明书

本发明涉及微纳米制造技术领域，尤其涉及一种在硅基材料内部形成球形空腔的方法和设备，所述方法包括以下步骤：（S.1）采用激光加工的方式，制备具有空腔的硅基材料；（S.2）在热场中置入（S.1）所述中已制备得到的具有空腔的硅基材料，进行热处理工艺；（S.3）在（S.2）所述环境中加入电场，对硅基材料进行诱导成形，完成硅基材料内部球形空腔三维结构。本发明首先将经过激光加工后的硅基材料进行热处理，在经过热处理后，硅材料空腔处的硅原子的原子迁移率大幅提升，然后在加入电场进一步对硅基材料进行诱导成形促使硅基内部三维结构成形，本发明在制备过程中具有简单可控的优点，通过该方法能够有效提升微纳器件的性能表现。

技术领域

本发明涉及微纳米制造技术领域，尤其涉及一种在硅基材料内部形成球形空腔的方法和设备。

背景技术

在微纳加工领域，激光加工方法在硅基内部展现出极好的刻写性。然而，在激光加工硅基材料内部时，激光加工时的峰值能量密度高，导致在硅基材料内部会存在人为缺陷。由于缺少人对硅基材料内部结构的干预，使得其在刻写成形结构的过程中易产生误差，从而导致成形结构对器件的兼容性差的问题，进而影响微纳器件的性能表现。

现有技术中基于单光子吸收的制备方法比基于多光子吸收的制备方法效率更高，但其也存在一些缺陷。如前焦区吸收造成的能量损失较大，以及损伤表面和前焦区，导致嵌入深度受到限制。这些技术上的缺陷导致激光加工硅基的过程中，在硅基加工位置的周围会产生不稳定的空腔。对于硅基内部结构的成形，目前缺乏各物理场间相互作用对结构成形影响的研究，致使难以实现目标结构的稳定成形。

发明内容

本发明是为了克服现有技术中的激光加工方法在硅基材料内部加工空腔的过程中会产生缺陷，影响微纳器件的性能表现的问题，本发明提供了一种基于热电耦合的硅基材料内部球形空腔成形方法。

为实现上述发明目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种在硅基材料内部形成球形空腔的方法，包括以下步骤：

（S.1）采用激光加工的方式，制备具有空腔的硅基材料；

（S.2）在热场中置入（S.1）所述中已制备得到的具有空腔的硅基材料，进行热处理工艺；

（S.3）在（S.2）所述环境中加入电场，对硅基材料进行诱导成形，完成硅基材料内部球形空腔三维结构。

现有技术中对硅基材料进行激光加工过程中，能够在硅基材料的内部形成空腔，但是通过这种方式加工得到的空腔内部具有较多的缺陷，通常无法形成球形的空腔。因此，本发明在激光加工完成后，对其进行热电耦合处理，从而能够将原本存在缺陷的空腔形成球形空腔。

其原理在于：本发明首先将经过激光加工后的硅基材料进行热处理，在经过热处理后，硅材料空腔处的硅原子的原子迁移率大幅提升，从而能够提高硅原子的各向迁移性，从而促进硅原子弥补缺陷，使得硅基材料内部的空腔能够达到表面能最小的状态，即形成球形空腔。

此外，在经过热处理后，本发明还通过加入电场进一步对硅基材料进行诱导成形促使硅基内部三维结构成形。在电场存在的情况下，电荷朝着电场线方向移动。电荷移动的方向是根据电场中电荷所带电量决定的。

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其中为电流密度A/μm，为导体的电导率S/μm，为电场强度V/μm。

在电子风力对缺陷的作用时，电子风力产生的力与电子的漂移速度成正比（假设缺陷暂时停留在某个障碍物上）。此外，漂移电子速度与电流密度成正比，即电子风力与电流密度成正比。

电子风力计算式为：

其中为单位长度的力作用于缺陷, 为泰勒定向系数；为电流密度；为电子风力大小；为电子力系数。