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本研究は、現有のYAGレーザをサファイヤ、炭化珪素、ダイヤモンドなどの難加工材料への腐食液中照射による微細パターンの加工およびYAGレーザPVD法による高強度接合加工の可能性を明らかにすることを目的としている。
微細パターン加工については、腐食液循環装置を試作してサファイヤ表面に対するYAGレーザ照射実験を実施し、以下の成果を得た。
(1)真空蒸着による0.2μm程度のカーボン薄膜コーティングにより十分なレーザ光吸収が生じ、10〜20J/パルスの照射でデフォーカス状態での加工が可能であることを見出した。
(2)サファイヤ表面で溶融は生じず、微細クラックのみが生ずるようなレーザ照射条件を選択し、レーザ照射後に、250℃熱燐酸中でエッチングを行うことにより微細クラック部分のみがエッチング除去されて溝形成が可能になることを見出した。
(3)溝深さは燐酸溶液濃度やレーザ照射条件を変えることにより20μm〜220μmの範囲で制御可能であることを見出した。
(4)マスクを通してレーザ照射すればマスクパターンに応じた溝形成が可能であることを見出した。
(5)コーティング無しのサファイヤウエハを一旦通過させてから窒化珪素にレーザを集光照射すると発生したプラズマプルームによってサファイヤに貫通穴やクレーターあるいは蒸着膜が形成できるなど新たな知見が得られ、今後の新しい加工手法として発展する可能性が示された。
一方、高強度接合加工に関しては、現有の真空チャンバー内にレーザPVDを可能とする光学系を試作し、回転するアルミナターゲットにYAGレーザを斜め入射させる方式での蒸着試験を行い、ガラス基板に透明なアルミナ膜が形成できることを確認した。
以上の研究により、機械加工によっては微細な形状加工が困難とされるサファイヤがYAGレーザ照射と液中エッチングとの併用によりパ-タン加工が容易に実現可能であることが明らかになり、さらにサファイヤとの拡散反応が可能でかつYAGレーザを吸収しうる薄膜をレーザ蒸着することにより、サファイヤ同士の高強度接合が実現できる見通しが得られた。
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