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基于激光修复处理下铜薄膜疲劳损伤愈合的研究综述报告
概述
铜薄膜广泛应用于半导体工业，但由于应用过程中的疲劳损伤，导致电子器件性能下降甚至失效。为此，研究者开展了对于铜薄膜的疲劳损伤修复研究，使其恢复正常功能。本文将基于激光修复处理下铜薄膜疲劳损伤愈合的研究综述，主要包括铜薄膜疲劳损伤的形成、激光修复处理的原理和机制、激光修复处理实验研究成果等方面。
1.铜薄膜疲劳损伤的形成
铜薄膜在半导体器件制作过程中广泛应用，但其疲劳损伤现象不可避免。疲劳损伤是由重复循环加载和去载荷引起的金属微观弹性应变，导致再结晶过程分布不均匀。这些载荷循环会导致铜薄膜的微观裂纹和位错组成的网状结构，此时会形成滞后loops和slipbands，严重的情况会导致脆性断裂，从而使铜薄膜失去正常性能。
2.激光修复处理原理和机制
激光修复处理原理基于等离子体形成和金属液化机制。利用激光技术对铜薄膜进行加热，当激光能量达到一定阈值时，铜原子被高温等离子体气化，并且在氧化气氛下达到快速冷却和固化。这种激光调制的高速等离子体气化和固化过程会形成凸起和将裂纹“填充”的区域，从而实现铜薄膜的愈合修复。
3.激光修复处理实验研究成果
有多个研究小组探究了激光修复处理的机制和实验结果，他们的研究表明激光技术在铜薄膜疲劳损伤修复方面具有显著的优势。下面分别介绍两个代表性的实验结果。
（1）激光修复处理对单晶铜薄膜的影响
倍受关注的研究是Krause等人(2013)研究单晶铜薄膜在激光处理后的微观结构变化和力学特性。他们使用Nd-YAG激光器对疲劳损伤的单晶铜薄膜进行了处理，结果表明激光处理能够部分恢复铜薄膜疲劳损伤、强度、硬度。同时，激光固化的区域形成的模式类似于冶金学中的铸造过程，金属原子在固化时自动“填充”了微小裂缝。因此，这种快速治愈方法可更好地修复铜薄膜的疲劳裂纹，与一些传统方法相比具有快速修复、无需用到昂贵设备等优势。
（2）具有多层铜结构的激光修复处理
顾问等人（2019）研究了具有多层铜结构的激光修复处理。他们对铜塑料复合材料中的疲劳裂纹进行了实验，并使用Ti-Sapphire短脉冲激光系统进行处理。他们在疲劳损伤的铜层周围定位并使甲醛醇在相邻层之间获得较高浸润率，在加热时铜能更快地固化并填充裂纹。实验结果表明，激光修复处理使铜塑料复合材料恢复原有强度，同时对疲劳损伤的修复具有很好的效果。
结论
总体来说，激光修复处理是一种有效的方法，用于修复铜薄膜中因疲劳损伤引起的裂纹和其他缺陷。实验研究表明，该方法具有较高的修复效率、简便易行的操作和较低的成本，同时可以大大减少材料浪费和造成的环境污染。在今后的研究中，重点应放在激光处理的精度、参数、控制和多种材料的修复效果方面，以期更好地应用于实际生产中。