[发明专利]一种半导体材料激光电化学复合微加工方法及装置

权利要求书

1.一种半导体材料激光电化学复合微加工方法，利用半导体材料电导率随温度升高而增强的特性，通过聚焦激光束产生局域温度场，同时引入电化学阳极溶解，在激光、电化学阳极溶解的共同作用下，从而有效的消除再铸层、残余应力，提高加工质量；其特征在于，激光器（1）发出的激光束（2）辐照在半导体材料（10）上，半导体材料（10）下端面上设置有金属薄膜层（12）；金属薄膜层（12）与直流脉冲电源（13）的正极相接，使得半导体材料（10）的下表面电势均匀分布；直流脉冲电源（13）的负极与金属针头（8）相接，使金属针头（8）内通有的电解液“阴极化”；电解液在半导体材料（10）上表面形成薄电解液层（9）；所述金属薄膜层（12）通过绝缘层（11）与外界隔离，使得直流脉冲电源（13）正负极间的定域导电通道（15）仅通过半导体材料（10）。

2.根据权利要求1所述的半导体材料激光电化学复合微加工方法，其特征在于，所述半导体材料（10）为电导率与温度正相关的半导体材料。

3.根据权利要求1所述的半导体材料激光电化学复合微加工方法，其特征在于，金属针头（8）内的电解液为高浓度中性盐水溶液，质量分数为25%-40%。

4.根据权利要求2所述的半导体材料激光电化学复合微加工方法，其特征在于，所述半导体材料（10）为单晶硅。

5.一种半导体材料激光电化学复合微加工装置，包括光路系统、稳定低压射流生成及调节系统（7）和电解加工系统；其特征在于，所述光路系统包括激光器（1）、光闸（3）、扩束镜（4）、振镜（5）和反光镜（6）；所述激光器（1）发出的激光束（2）经过光闸（3）后，再经过扩束镜（4）后经45°设置的两块反光镜（6）反射后经过振镜（5）辐照在半导体材料（10）上；所述电解加工系统包括直流脉冲电源（13）、金属薄膜层（12）和绝缘层（11）；所述金属薄膜层（12）设置在半导体材料（10）的下表面；金属薄膜层（12）通过绝缘层（11）与外界隔离，使得直流脉冲电源（13）正负极间的定域导电通道（15）只能通过半导体材料（10）产生；所述稳定低压射流生成系统（7）包括金属针头（8），金属针头（8）内通有电解液，电解液在半导体材料（10）上表面形成薄电解液层（9）。

6.根据权利要求5所述的半导体材料激光电化学复合微加工装置，其特征在于，所述稳定低压射流生成及调节系统（7）还包括伺服电机（32）、滚珠丝杠（30）、电解液缸（26）和活塞杆（28）；所述伺服电机（32）通过联轴器（33）与滚珠丝杠（30）相连接；所述滚珠丝杠（30）通过滑块（29）带动活塞杆（28）左右移动；所述活塞杆（28）端部设置有活塞（27）；所述活塞（27）与电解液缸（26）配合；电解液缸（26）内的电解液经软管（24）进入金属针头（8）形成平稳低压射流。

7.根据权利要求6所述的半导体材料激光电化学复合微加工装置，其特征在于，所述电解液缸（26）上安装有第一单向阀（25）和第二单向阀（35）；当伺服电机（32）反向转动时，滚珠丝杠（30）带动活塞杆（28）平稳后退，第一单向阀（25）闭合，单向阀第二（35）开启，电解液槽（36）中的电解液在压力差的作用下经过滤器（37）进入电解液缸（26）；当伺服电机（32）正向转动时，滚珠丝杠（30）带动活塞杆（28）平稳前进，第一单向阀（25）开启，第二单向阀（35）闭合，电解液缸（26）中的电解液在活塞杆（28）推动下经软管（24）进入金属针头（8），形成平稳低压射流。

8.根据权利要求6或者7所述的半导体材料激光电化学复合微加工装置，其特征在于，所述金属针头（8）一端安装有角度调节器（22），使得射流冲击角度可调节，射流冲击位置由XYZ三向调节平台（38）调节。