1997 Fiscal Year Annual Research Report

超短パルスレーザ照射による金属および半導体の溶融・蒸発過程の研究

Research Project

Project/Area Number	09450274
Research Institution	Osaka University
Principal Investigator	大村悦二大阪大学, 工学部, 助教授 (90144435)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	西紀昭大阪大学, 工学部, 助手 (10273591) 大道博行大阪大学, レーザー核融合研究センター, 助教授 (70144532) 宮本勇大阪大学, 工学部, 教授 (90029273)
Keywords	レーザアブレーション / 超短パルスレーザ / 金属 / 半導体 / コンピュータシミュレーション / 理論解析 / 分子動力学 / 熱流体解析
Research Abstract	近年特に注目されているレーザ照射による精密・微細加工は,これまでは主に短波長化によってなされてきた.これに対して本研究では,ピコ秒以下の超短パルスレーザによって,新しい超精密・超微細加工を実現することを目的としている. 本年度は,ワークステーション2台を新規購入し,まず超短パルスレーザを金属およびシリコンに照射したときの溶融・蒸発現象を,熱流体解析と分子動力学シュミレーションによって明らかにすることを主に試みた. 熱流体解析では,蒸発潜熱と蒸発に伴う気液界面の移動,蒸発反跳圧力,温度勾配に起因する表面張力(マランゴニ力)を考慮し,自由表面の取扱いにはVOF法を導入することで,蒸発を伴う溶融他流れの数値計算法を確立した. 分子動力学シミュレーションでは,まず金属について,自由電子による熱伝導を補正しながら分子動力学計算を行う改良型分子動力学法を提案し,熱伝導率を計算することでその妥当性を確認した.シリコンについては,Tersoffポテンシャルを用い,多体ポテンシャルと原子間力の計算を可能にし,初期原子配列を構築,原子のレーザ光吸収をモデル化して,溶融・蒸発過程の3次元シミュレーションを行うプログラムを作成した. 2次元改良型分子動力学シミュレーションを行った結果,フルエンスが一定でも,金属の蒸発形態と蒸発後の穴の周囲の盛り上がりがパワー密度によって異なることがわかった。すなわち,パワー密度が高い場合は,原子が比較的大きな固まりとなって爆発するように飛び散り,蒸発しきれなかった溶融金属は,表面張力により球状になって穴の周囲に堆積する.一方,パワー密度が低い場合は,蒸発原子は小さなクラスタを作りながらバラバラに飛散する.この場合は爆発的な蒸発は見られず,溶融金属は穴からあふれるように流出して,周囲に堆積することが明らかになった.

Research Products
(27 results)

All Other

All Publications (27 results)

[Publications] Etsuji Ohmura: "Thermohydrodynamics Analysis of Fusion Phenomena Accompanied with Evaporation Due to Laser Irradiation" Proc. of ICALEO^,97. (1998)
[Publications] Yoshiaki Oguni: "Thermohydrodynamics Analysis of Molten Pool in Laser Texturing and Laser Welding" Proc. of ICALEO^,97. (1998)
[Publications] Ichirou Fukumoto: "Simulation on Laser Ablation of fcc Metal with Modified Molecular Dynamics" Proc. of ICALEO^,97. (1998)
[Publications] 大村悦二: "レーザアブレーション-分子動力学法の基礎と応用-" レーザ熱加工研究会誌. 5-1. 48-53 (1998)
[Publications] 福本一郎: "Molecular Dynamics Simulation of Laser Materials Processing with Animation Display" 第42回レーザ熱加工研究会論文集. 41-48 (1997)
[Publications] Etsuji Ohmura: "Modified Molecular Dynamics Simulation on Laser Ablation of Metal" Int. J. of Japan Society for Precision Engineering. 31-3. 206-207 (1997)
[Publications] 大村悦二: "分子動力学と熱流体解析のレーザ加工への適用基礎" 第41回レーザ熱加工研究会論文集. 107-115 (1997)
[Publications] 小國由明: "レーザによる蒸発を伴う溶融現象の熱流体解析" 第40回レーザ熱加工研究会論文集. 147-156 (1997)
[Publications] Etsuji Ohmura: "Molecular Dynamics Simulation on Fusion and Vaporization of Metals and Silicon Due to Laser Irradiation" Int. Center for Heat and Mass Transfer Symposium on Molecular and Microscale Heat Transfer in Materials Processing and Other Applications. 255-2265 (1996)
[Publications] 福本一郎: "レーザアブレーションプロセスの分子動力学シミュレーション" 第39回レーザ熱加工研究会論文集. 37-45 (1996)
[Publications] 大村悦二: "レーザ加工とMDシミュレーション" 日本設計学会誌. 31-9. 314-319 (1996)
[Publications] Etsuji Ohmura: "Molecular Dynamics Simulation on Laser Ablation of fcc Metal" Int. J. of Japan Society for Precision Engineering. 30-2. 128-133 (1996)
[Publications] Etsuji Ohmura: "Study on Fusing- and Evaporating-Process of fcc Metal due to Laser Irradiation Using Molecular Dynamics" Int. J. of Japan Society for Precision Engineering. 30-1. 47-48 (1996)
[Publications] 大村悦二: "レーザ照射によるfcc金属の溶融・蒸発過程の研究-分子動力学シミュレーション-" 精密工学会誌. 61-10. 1433-1437 (1995)
[Publications] 大村悦二: "レーザ熱加工と溶融・蒸発シミュレーション" レーザ熱加工研究会誌. 2-2. 73-82 (1995)
[Publications] Etsuji Ohmura: "Study on Thermal Shock Phenomena due to Laser Irradiation Using Molecular Dynamics" Int. J. of Japan Society for Precision Engineering. 29-2. 148-149 (1995)
[Publications] 大村悦二: "レーザ熱加工の分子動力学シミュレーション" レーザ協会誌. 20-1. 8-11 (1995)
[Publications] 大村悦二: "分子動力学によるレーザ加工シミュレーション" レーザ技術研究会報. No.97. 3-7 (1994)
[Publications] 大村悦二: "レーザ照射による金属の溶融蒸発シミュレーション" 高温学会誌. 20-6. 228-235 (1994)
[Publications] 中沢弘: "生産加工の原理" 日刊工業新聞社, 369 (1998)
[Publications] :荒井栄司: "生産を科学する" 大阪大学大学院工学研究科生産科学専攻, 232 (1998)
[Publications] 井上勝敬: "各種接合加工における予測理論の構築" 大阪大学接合科学研究所, 357 (1997)
[Publications] 棚沢一郎: "重点領域研究「新素材ミクロ伝熱」最終成果報告書" 棚沢一郎, 428 (1997)
[Publications] 棚沢一郎: "重点領域研究「新素材ミクロ伝熱」最終成果報告書" 棚沢一郎, 428 (1997)棚沢一郎:
[Publications] "重点領域研究「新素材ミクロ伝熱」平成7年度研究成果報告書" 棚沢一郎, 216 (1996)
[Publications] 棚沢一郎: "重点領域研究「新素材ミクロ伝熱」平成6年度研究成果報告書" 棚沢一郎, 214 (1995)
[Publications] Marc Bonis: "International Progress in Precision Engineering" Elsevier, 564 (1996)

1997 Fiscal Year Annual Research Report

超短パルスレーザ照射による金属および半導体の溶融・蒸発過程の研究

Principal Investigator

大村 悦二 大阪大学, 工学部, 助教授 (90144435)

Research Products

[Publications] Etsuji Ohmura: "Thermohydrodynamics Analysis of Fusion Phenomena Accompanied with Evaporation Due to Laser Irradiation" Proc. of ICALEO^,97. (1998)

[Publications] Yoshiaki Oguni: "Thermohydrodynamics Analysis of Molten Pool in Laser Texturing and Laser Welding" Proc. of ICALEO^,97. (1998)

[Publications] Ichirou Fukumoto: "Simulation on Laser Ablation of fcc Metal with Modified Molecular Dynamics" Proc. of ICALEO^,97. (1998)

[Publications] 大村悦二: "レーザアブレーション-分子動力学法の基礎と応用-" レーザ熱加工研究会誌. 5-1. 48-53 (1998)

[Publications] 福本一郎: "Molecular Dynamics Simulation of Laser Materials Processing with Animation Display" 第42回レーザ熱加工研究会論文集. 41-48 (1997)

[Publications] Etsuji Ohmura: "Modified Molecular Dynamics Simulation on Laser Ablation of Metal" Int. J. of Japan Society for Precision Engineering. 31-3. 206-207 (1997)

[Publications] 大村悦二: "分子動力学と熱流体解析のレーザ加工への適用基礎" 第41回レーザ熱加工研究会論文集. 107-115 (1997)

[Publications] 小國由明: "レーザによる蒸発を伴う溶融現象の熱流体解析" 第40回レーザ熱加工研究会論文集. 147-156 (1997)

[Publications] Etsuji Ohmura: "Molecular Dynamics Simulation on Fusion and Vaporization of Metals and Silicon Due to Laser Irradiation" Int. Center for Heat and Mass Transfer Symposium on Molecular and Microscale Heat Transfer in Materials Processing and Other Applications. 255-2265 (1996)

[Publications] 福本一郎: "レーザアブレーションプロセスの分子動力学シミュレーション" 第39回レーザ熱加工研究会論文集. 37-45 (1996)

[Publications] 大村悦二: "レーザ加工とMDシミュレーション" 日本設計学会誌. 31-9. 314-319 (1996)

[Publications] Etsuji Ohmura: "Molecular Dynamics Simulation on Laser Ablation of fcc Metal" Int. J. of Japan Society for Precision Engineering. 30-2. 128-133 (1996)

[Publications] Etsuji Ohmura: "Study on Fusing- and Evaporating-Process of fcc Metal due to Laser Irradiation Using Molecular Dynamics" Int. J. of Japan Society for Precision Engineering. 30-1. 47-48 (1996)

[Publications] 大村悦二: "レーザ照射によるfcc金属の溶融・蒸発過程の研究-分子動力学シミュレーション-" 精密工学会誌. 61-10. 1433-1437 (1995)

[Publications] 大村悦二: "レーザ熱加工と溶融・蒸発シミュレーション" レーザ熱加工研究会誌. 2-2. 73-82 (1995)

[Publications] Etsuji Ohmura: "Study on Thermal Shock Phenomena due to Laser Irradiation Using Molecular Dynamics" Int. J. of Japan Society for Precision Engineering. 29-2. 148-149 (1995)

[Publications] 大村悦二: "レーザ熱加工の分子動力学シミュレーション" レーザ協会誌. 20-1. 8-11 (1995)

[Publications] 大村悦二: "分子動力学によるレーザ加工シミュレーション" レーザ技術研究会報. No.97. 3-7 (1994)

[Publications] 大村悦二: "レーザ照射による金属の溶融蒸発シミュレーション" 高温学会誌. 20-6. 228-235 (1994)

[Publications] 中沢弘: "生産加工の原理" 日刊工業新聞社, 369 (1998)

[Publications] :荒井栄司: "生産を科学する" 大阪大学大学院工学研究科生産科学専攻, 232 (1998)

[Publications] 井上勝敬: "各種接合加工における予測理論の構築" 大阪大学接合科学研究所, 357 (1997)

[Publications] 棚沢一郎: "重点領域研究「新素材ミクロ伝熱」最終成果報告書" 棚沢一郎, 428 (1997)

[Publications] 棚沢一郎: "重点領域研究「新素材ミクロ伝熱」最終成果報告書" 棚沢一郎, 428 (1997)棚沢一郎:

[Publications] "重点領域研究「新素材ミクロ伝熱」平成7年度研究成果報告書" 棚沢一郎, 216 (1996)

[Publications] 棚沢一郎: "重点領域研究「新素材ミクロ伝熱」平成6年度研究成果報告書" 棚沢一郎, 214 (1995)

[Publications] Marc Bonis: "International Progress in Precision Engineering" Elsevier, 564 (1996)

大村悦二大阪大学, 工学部, 助教授 (90144435)