Çeşitli lazer parametrelerinin silikon malzeme delme sürecine etkisi

Ana malzemesi silisyumdan (Si) oluşan silikonun atomik yapısı, silikonu ideal bir yarı iletken haline getirir. Hem ucuz olması, hem de iletkenlik özellikleri nedeniyle, günümüzde ise birçok alanda; özellikle de ileri teknoloji sanayilerinde, bütünleşik devrelerde, MEMS (mikro-elektromekanik sistem) üretiminde, opto-elektronik bileşenlerde, dedektör ve sensörlerde ve güneş pillerinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu silikon tabaka, üstünde ya da içinde mikro cihazların yapılandırıldığı bir alt tabaka olarak işlev görür. İyon katkılanması, aşındırma, çeşitli materyallerin kaplanması (deposition) ve fotolitografik desen oluşturma gibi birçok işleme maruz kalır. Son olarak da her bir silikon mikro-cihaz dilimlenir ve paketlenir. Silikon tabakaların, yukarıda bahsedilen bütünleşik devrelerde, MEMS üretiminde ya da güneş pillerindeki gibi kullanımlarında bu tabakalara mikro-delikler açmak gerekir. Bu mikro-delikler çeşitli yöntemlerle açılabilir; kuru ya da ıslak aşındırma, kum püskürterek temizleme ve lazer işleme gibi. Aşındırma süreçleri hem yavaş, hem de pahalı ve maske gerektirirken, kum püskürtmede ise temiz oda süreci ile uyumsuz, minimum delik çapı sınırlı olup, kenarlar da konik olmaya meyillidir. Üretimde delme sürecinin hızlı olması ve delik kalitesinin iyi olması nedeniyle, lazerle delme işlemleri son zamanlarda en çok tercih edilen yöntemlerden biri haline gelmiştir. Bu çalışmamızda mikro-cihaz yapımında kullanılan, silikon tabakalara farklı lazer türleriyle delik delme süreci, delik çap ve kalitesine etki eden lazer parametreleri ve bu sürecin optimize edilmesinde, parametrelerin etkisi deneysel ve teorik olarak araştırılmıştır. Silikon yüzeye delik açma işlemi için, Nd: YAG diyot pompalı ve Nd: YAG fiber lazer kullanılmıştır. Tek bir lazer türü ile çalışırken; atım genişliği, lazerin ortalama gücü gibi lazer parametreleri birbirinden bağımsız olarak değiştirilip, delikler optik mikroskop ile incelenerek, delik çapları kaydedilmiştir. Çalışmalarda lazerle delme yöntemlerinden; kuyu delme burgusu olarak adlandırılan 'trepan' delme ve içini doldurarak delme ya da diğer bir deyişle kazıyarak delme yöntemleri kullanılmıştır. Kullanılan bu yöntemlerde içini kazıma yöntemi, diğer yönteme göre daha temiz, daha yuvarlak, daha hassas deliklere ulaşılmasını sağlamıştır. Diğer parametreler değiştirilmeden, lazerin ortalama gücü arttırıldıkça, mikro-delik çaplarının da arttığı gözlemlenmiştir. Yine diğer parametreler değiştirilmeden, atım genişliklerinin azaltılması ile mikro-delikler etrafında ısıdan daha az etkilenmiş bölgeler oluşmuş, dolayısıyla da daha kaliteli mikro-delikler elde edilmiştir.