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202608.05

散射成刃|两大顶刊重磅突破!隐形竖切 + 光学横切,重塑硬脆材料加工上限

Nature Photonics × Light: Science & Applications —— 一纵一横互补加工体系,纳米级无损精密加工。

碳化硅晶圆、CVD金刚石、光学晶体,是第三代半导体、AI芯片散热、高端光学器件的核心基材。如今相关市场规模持续增长,但产业化加工环节长期存在明显瓶颈:切片损耗偏大、工件崩边、热损伤、内部晶格破坏等问题普遍存在。传统金刚线切割、常规激光加工方式原材料损耗高,产品良品率提升缓慢,一定程度限制了行业高端量产发展。

针对行业长期存在的各类加工痛点,中微精仪核心技术骨干均源自孙洪波院士团队,团队接连在《Nature Photonics》《Light: Science & Applications》两大国际顶尖光学期刊刊发原创技术成果,搭建“隐形竖切 + 光学横切”一纵一横互补加工体系,依托两项前沿学术成果,持续探索硬脆材料纳米级无损精密加工全新工艺路线。

Light: Science & Applications 封面 — Optical tomoslicing technology enables nearly kerf-free wafering

01双技术核心突破|横竖协同,实现无损精密加工

研发团队自研两大核心激光切片技术,突破传统激光加工物理瓶颈,兼顾纵深开槽与薄层剥离需求,全方位解决超硬脆材料加工痛点。

SSD超隐形纵向竖切技术|Nature Photonics · 2024

该技术突破傅里叶带宽定理对激光焦点横向尺寸与深宽比的制约——这一原理性限制长期使得“高精度”与“大深度”无法兼得。

傅里叶带宽定理与海森堡不确定性原理对激光焦点宽度和深度的相互制约
图1:傅里叶带宽定理和海森堡不确定性原理的等价性,及对激光焦点宽度和深度的相互制约。

研发团队创新性利用激光诱导纳米损伤的“种子效应”与背散射干涉攀爬机制:初始纳米损伤区作为“种子结构”产生反向散射波,与入射光相干干涉,沿光轴引导能量周期沉积,促进新种子结构逐级生成、纵向攀爬连接,从而在原理上摆脱了对激光焦点压缩与拉伸的强依赖。

背散射干涉攀爬的物理机制及实验验证
图2:背散射干涉攀爬的物理机制及实验验证。

该技术可高效完成晶圆纵深开槽、垂直划片、三维微结构加工,适配碳化硅、蓝宝石、YAG晶体、熔融石英、铁电体等各类透明半导体硬脆材料,为三维电路封装、纳米光学制造等领域提供独特加工策略。

高质量熔融石英高深宽比纳米光栅
图3:研究团队制备的高质量熔融石英高深宽比纳米光栅。
超隐形切割技术对多种透明固体的适用性及纳米线、波片样品
图4:超隐形切割技术对多种透明固体的广泛适用性以及制备的纳米线、波片。

i-SOT干涉散射光学横向切片技术|Light封面论文 · 2026

该技术打破了一个延续数十年的固有认知:在激光加工中,散射光一直被视为干扰项。研发团队发现反常现象——当激光焦点距预先制备的纳米孔洞小于200nm时,非但没有能量扩散衰减,反而在附近自动生成尺寸相似的新纳米孔洞。经系统验证,纳米孔洞充当“散射中心”,其散射光与入射光干涉形成特殊场分布,在特定位置产生更强光强,诱导下一个纳米孔洞生成——如此接力,形成一条纳米级精度的“纳米缝”。

纳米孔洞的相干散射现象
图1:纳米孔洞的相干散射现象。

通过精确控制激光焦点相对于已有散射体的横向偏移量,纳米缝可水平延伸,实现透明硬脆材料近乎无损的横向逐层剥离。研发团队将飞秒激光整形为线状光场,使整条线上散射体同步干涉,如激光线锯般一次性形成纳米级切割面。

纳米级切缝及可控延伸
图2:纳米级切缝及可控延伸。
线光斑高效切割及石英切片
图3:线光斑高效切割及石英切片。

该技术已在YAG激光晶体、镁铝尖晶石等多种透明硬脆材料上验证成功,可制备超薄晶体薄片,未来有望延伸至金刚石减薄、SiC超薄衬底剥离等更多加工场景。实验室已实现1.2mm²/s加工效率,采用工业级高功率激光器理论可达400mm²/s,8英寸晶圆仅需不到80秒,完全具备产业化潜力。

晶体切片样品
图4:晶体切片。
YAG悬臂梁力学测试
图5:YAG悬臂梁力学测试。

行业损耗对比

以中微精仪现有SiC激光剥离设备为例,单片总剥离损耗约40—80μm,i-SOT技术则在实验室阶段将材料质量损耗率从行业典型的约30%压缩至1%以内,切缝宽度低至7nm——从“损耗可观”到“近乎无损”的跨越。

行业损耗对比图
行业损耗对比
切缝损耗对比图
切缝损耗对比

02双技术应用矩阵

两项技术同源互补、各司其职,构建起完整的超硬脆材料精密加工体系,全面覆盖半导体、芯片散热、光学器件核心加工场景。

技术体系核心原理核心应用场景
SSD 超隐形纵向竖切背散射干涉攀爬 + 纳米种子效应晶圆垂直划片、深槽加工 三维封装微结构制备
i-SOT 光学横向切片干涉散射接力 + 线光场高效切割激光晶体无损切片、MEMS微结构 半导体晶圆无损切片

03从前沿到量产|中微精仪的技术纵深

从科研突破到工业落地,中微精仪持续推进双项前沿技术的工程化迭代。这两项成果背后,是中微精仪研发团队深厚的科研纵深。

前沿团队,深厚科研纵深

中微精仪研发团队核心成员均为清华博士,与孙洪波院士课题组在超快激光精密加工领域深度联合攻关,连续产出发表于《Nature Photonics》《Light: Science & Applications》的原创成果。在硬脆材料激光加工这条技术迭代极快的赛道上,这种从基础原理创新到国际权威期刊发表的完整能力链,构成了中微精仪坚实的技术壁垒。

对客户而言,选择中微精仪意味着不仅获得一台成熟量产设备,更获得一支具备前沿科研能力的团队作为长期技术后盾——当加工难题超出常规工艺边界时,这支团队能从原理层面给出突破方案,而非止步于参数调优。

双轨并行,锚定技术制高点

在量产端,中微精仪已拥有成熟的水导激光精密冷加工量产经验,能有效解决材料崩边、热裂、石墨化等行业痛点,支撑当下的客户交付与产能落地。水导激光量产工艺与SSD、i-SOT两项实验室前沿技术形成互补研发路线:前者解决“今天怎么切好”,后者锚定“明天能切到什么精度”。

未来,中微精仪将持续深耕超硬脆材料微纳精密加工领域,以顶刊级自研科研实力,赋能第三代半导体、AI芯片散热、高端光学器件产业链升级。

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