Modeling and optimizing of laser-assisted waterjet process parameters for near-damage-free micromachining of monocrystalline silicon

单晶硅 材料科学 沟槽(工程) 脆性 激光器 表面微加工 光学 复合材料 光电子学 冶金 制作 医学 物理 病理 替代医学
作者
Xuefei Liu,Chuanzhen Huang,Hanlian Liu,Dun Liu,Peng Yao,Bin Zou,Hongtao Zhu,Zhen Wang,Longhua Xu,Shuiquan Huang
出处
标识
DOI:10.1177/09544054241245763
摘要

Monocrystalline silicon-based microstructure functional surfaces are widely used in the field of photoelectricity. However, the traditional process is prone to damage due to the hardness and brittleness of monocrystalline silicon. In this study, the depth, width, and depth-width ratio of the micro-V-groove on the surface of monocrystalline silicon were studied using laser-assisted waterjet technology. Firstly, the nanosecond laser pulse width was optimized to minimize processing damage. Then, the response surface method (RSM) was employed to optimize the V-groove’s depth-width ratio and show the process parameters’ interactive effects. The results show that the heated affected zone (HAZ) and lattice disorder at 10 ns are significantly smaller than those at other pulse widths, and there is almost no amorphous phase on the surface of V-grooves. Single process parameter usually has different effects on the size of the V-groove, and the process parameters have significant interactive effects, which are discussed in detail in the study. According to the prediction model, the highest depth-width ratio of a V-groove is 1.39. Near-damage-free V-groove with a high depth-width ratio helps to lower the reflectivity and increase the hydrophobicity of monocrystalline silicon.

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