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飞秒激光微加工技术

基于能量高度集中、热影响区小、无飞溅无熔渣、不需特殊的气体环境、无后续工艺、双光子聚合加工精度可达0.7um等优势,飞秒激光在诱导金属微结构加工应用方面和精细加工方面都取得了很大的进展。

1. 孔加工

在1mm厚的不锈钢薄片上,飞秒激光进行了具有深孔边缘清晰、表面干净等特点的纳米级深孔加工;在金属薄膜上,钛宝石飞秒激光加工制备出了微纳米级阵列孔,孔径最小达2.5um,孔直径在2.5~10um间可调,最小间距可达10um,很容易实现10-50um间距调整。

2. 金属材料表面改性

1999年德国汉诺威激光中心Noltes等人首次报道了结合钛宝石飞秒激光三倍频光(260nm)和SNOM(扫描进场光学显微镜)在金属镉层制出了线宽仅200nm的凹槽。为以后的无孔径近场扫描光学显微镜(ANSOM)取代SNOM奠定了基础,获得了高达70nm的空间分辨率,开拓了远场技术在纳米范围下的物理化学特性以及运输机制的研究。

3. 金属纳米颗粒加工

自1993年HengleinA等人首次利用激光消融法制备金属纳米颗粒以来,许多研究小组制备出高纯度、力度分布均匀的金属纳米颗粒。LinkH等人进一步控制飞秒激光的能流密度和照射时间,将金属纳米棒完全融化为金属纳米点。与其他激光脉冲相比,飞秒激光改变的金属颗粒尺寸大小和特定形状,使金属纳米颗粒特别是贵金属(Au、Hg、Pt、Pd等)在催化、非线性光学、医用材料科学等领域具有广阔的应用前景。

4. 金属掩模板加工

新加坡南洋科技大学VenkatakrishnanK等人利用飞秒激光直写方法制作了以金属薄膜为吸收层、石英为基底的金属掩模板,并将前入射与后入射两种方案做了比较,发现采用前入射的方法能够得到更小的特征尺寸和好的边缘质量。并且利用飞秒激光超衍射极限加工有效地修补了金属镉掩模板的缺陷,修复的线宽达到小雨100nm的精度。目前构建的飞秒激光修正光掩模板工具已在IBM的伯林顿、福蒙特州的掩模制作设备中运行。这对微电子技术的发展将具有重要意义。

5. 复杂的微结构加工

耐热玻璃上的水渠道结构,边缘质量较好。但结构的精确性、表面和底端形态还有待改进;

光敏树脂里面制作的世界上最小的人造动物模型:10um长,7um高的公牛;

ScR500树脂内制备的约10um的微型金字塔和房子模型;

光刻胶上飞秒双光子聚合的微型蜘蛛和恐龙模型等。

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