大规模生产新方式:纳米级别激光加工

 公司动态     |      2022-06-27 06:28

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本文摘要:激光器已被普遍应用于工业,例如在高性价比的生产系统中用于可信的能源,展开标记、钻孔、淬火和表面处置。目前的工业发展拒绝将设备的形体尺寸减少超过亚微米甚至纳米级。 作为一种无掩膜和非认识工艺,激光纳米加工具备设置灵活性以及需要在空气、真空或液体环境中操作者的独有优点,因此沦为更加广泛应用的一种最不具吸引力的加工或生产工具。 目前早已研发一些新技术来加工功能性纳米结构。工业应用于的关键问题是在大规模生产中如何在短时间内产生大面积的纳米结构。

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激光器已被普遍应用于工业,例如在高性价比的生产系统中用于可信的能源,展开标记、钻孔、淬火和表面处置。目前的工业发展拒绝将设备的形体尺寸减少超过亚微米甚至纳米级。

作为一种无掩膜和非认识工艺,激光纳米加工具备设置灵活性以及需要在空气、真空或液体环境中操作者的独有优点,因此沦为更加广泛应用的一种最不具吸引力的加工或生产工具。  目前早已研发一些新技术来加工功能性纳米结构。工业应用于的关键问题是在大规模生产中如何在短时间内产生大面积的纳米结构。

本文讲解了潜在大规模生产的一些多功能激光纳米加工方法,另外还详细辩论了符合亚20nm分辨率的激光纳米加工更进一步发展的前景。  微球体阵列辅助激光纳米加工  激光纳米加工的关键挑战是如何将空气中的紫外线或可见激光光束探讨到亚100nm,从而解决光学散射容许。我们的研究表明,自排序或大面积转动涂抹构成的半透明微球体阵列需要将入射光激光光束分离出来为成千上百万的微小光束,还能用于透镜,探讨这些微小光束以积极开展表面纳米制图。如图1(a)右图,局部光线密度大幅度强化,并以平行模式加工样品。

这种技术使用一般来说的二维(2D)微球体阵列将入射光激光光束探讨到基板,因此,只需几次激光辐射脉冲,即需要使用单步表面制图方法在基板上产生成千上百万的亚微米孔洞。激光纳米加工之后,使用传统超声波洗手可以清理微球体。

灵活性掌控激光光束扫瞄外形,可以构成简单的纳米结构设计,例如图1(b)右图的星形阵列。  激光干预光刻  激光干预光刻(LaserInterferenceLithography,LIL)是在短时间内构成大面积周期纳米结构(例如纳米点或纳米线阵列)的一种功能强大的工具。只需曝露紫外线几分钟,然后使用光致外用转印和化学转印或者挤压工艺,即需要在金属薄膜上构成等离子体纳米结构。

激光光束的相干长度是大面积(厘米级)两次光束干预的一个关键因素。一次激光电离辐射构成纳米线性阵列,将样品转动90之后,另一次激光电离辐射用作构成纳米点阵列。

通过掌控电离辐射时间和电离辐射方案,需要构成各种纳米结构,形状范围从矩形到三角形和椭圆形。通过化学生锈也可以将光致外用转印层构成的2D纳米结构传输到基板,以构成2.5D纳米结构。

图2(a)表明了映射硅基板内部的金属纳米点阵列,图2(b)表明了LIL构成的纳米柱阵列。  飞秒激光双光子单体纳米光刻  上述激光纳米加工技术用作在样品表面构成2D大面积纳米结构。

飞秒激光双光子单体(Two-photon-polymerization,2PP)纳米光刻是构成给定大面积3D纳米结构的一种前景光明的方法。当飞秒激光光束探讨于光敏材料上时,则通过双光子非线性吸取来转录单体过程。使用电脑掌控飞秒激光光束扫瞄外形,以构成给定设计的3D结构。

激光扫描之后,冲洗丢弃未太阳光的光敏材料。由于工艺的光电离辐射阈值效应和非线性光吸收性质,灵活性掌控激光脉冲能源和脉冲重复率以构成图3右图的功能性3D纳米结构,可以构成光学散射容许(低于60nm)之外的超强分辨率。  激光微透镜阵列光刻  由于受到样品表面构成的微球体阵列尺寸的容许,微球体阵列技术辅助激光纳米加工构成的纳米结构一般大于,面积高于1平方厘米。同时,在自排序或转动填充物构成微球体阵列期间产生缺失。

激光微透镜阵列(MLA)光刻处置更容易,更加限于于大规模生产工业应用于的纳米结构。MLA将入射光激光光束分离出来为图4(a)右图的成千上百万微小激光光束,功能与分离出来和探讨激光光束的微球体阵列相近。

光致外用转印涂抹的样品加装在一根7轴的纳米台上,并定位到MLA的探讨平面。通过掌控级的移动和关上/重开激光脉冲,需要通过激光电离辐射在光致外用转印层上构成给定图案。

图4(b)表明在石英基板上构成的标准化IC设计阵列。激光MLA光刻具备以平行模式高速构成大面积给定纳米结构的独有优点。该方法也可以用作在各种基板表面构成功能性纳米结构,例如挠性聚合物薄膜上的裂环谐振器(SRR)阵列,它能被刮,作为3D超强材料管道应用于超强脆弱不应。

  激光纳米加工的发展前景  近紫外线(EUV)纳米光刻和激光加热是符合亚20nm纳米加工业拒绝的两种高度潜在的方式。虽然完全所有材料对EUV光的吸收性极强,但是,EUV光学设备和光掩膜十分便宜且更容易损毁。顺利研发直写的多光束无掩膜EUV纳米光刻技术,是解决这种技术挑战的一种不切实际解决方案。

另外,激光加热可以在原子通过时掌控原子在基板表面的沉积,并通过激光光束干预配备的驻波探讨,以超过较低至亚10nm的形体尺寸。


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