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プロトン注入とレーザー照射を組み合わせた難加工性サファイア基板の微細加工

New micromachining technique for unworkable sapphire by highly coalesced ion implantation and eximer laser irradiation

石山 新太郎; 大場 弘則; 山本 春也; 菖蒲 敬久 

Ishiyama, Shintaro; Oba, Hironori; Yamamoto, Shunya; Shobu, Takahisa

世界で初めて0.3MeVで加速したプロトンを注入したサファイア基板に対してArFレーザー照射を行うことにより、プロトン注入深さ1$$mu$$m$$times$$幅50$$sim$$80$$mu$$mの量子ビーム融合化による微細加工に成功した。本技術は、プロトン注入サファイアが200nmの紫外可視光を吸収する特性を利用してサファイア内部のプロトン注入領域を局部的にArFエキシマレーザーにより微細加工する方法である。これにより、サファイア単結晶基板からの大面積サファイア単結晶薄膜の作成なども可能となる。

New micromachining technique of unworkable sapphire was demonstrated by highly coalesced ion implantation and eximer laser irradiation methods. After proton implantation by 0.3 MeV H$$_{2}$$$$^{+}$$ up to 1$$times$$10$$^{17}$$/cm$$^{2}$$ into sapphire, damaged region was formed beneath 1$$mu$$m depth from the surface of implanted sapphire and blistering was observed by 0.3$$sim$$3 MeV H$$_{2}$$$$^{+}$$ over 1$$times$$10$$^{17}$$/cm$$^{2}$$. Ion implanted sapphire behaves peculiar wavelength absorption at 200 nm and ion implanted sapphire by 0.3 MeV H$$_{2}$$$$^{+}$$ up to 1$$times$$10$$^{17}$$/cm$$^{2}$$ was irradiated by ArF laser with 3.4 J/cm$$^{2}$$$$times$$1 shot and micro trench shape with 1$$mu$$m depth and 50$$sim$$80 $$mu$$m width was observed on the surface of ion implanted sapphire. These results mean that micromachining of sapphire on the order of $$mu$$m width with arbitrarily depth can be possible by highly coalesced ion implantation and laser irradiation techniques.

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