纳秒和飞秒之间,皮秒激光微纳加工应用独具优势!与传统的微纳加工技术相比,激光微纳加工具有如下独特的优点:非接触加工不损坏工具、能量可调、加工方式灵活、可实现柔性加工等。其中全固态皮秒激光具有极窄的脉冲宽度(皮秒)、极高的峰值功率(兆瓦)以及优异的光束质量,被广泛应用于各种金属、非金属材料的精密加工。研究表明,脉冲宽度高于10ps的皮秒激光加工过程中有明显的热效应存在,而且随着激光与材料作用时间的增加,工件表面会产生微裂纹以及再铸层;脉冲宽度低于5ps的皮秒激光与材料作用时会产生非线性效应,这对金属材料的加工非常不利。因此,适合微纳精密加工用的皮秒激光的脉冲宽度在5~10ps之间。为了提高加工效率,重复频率一般设定在十万赫兹量级,而平均功率则根据所加工材料的烧蚀阈值而定。通过光刻技术制作出的微纳结构需进一步通过刻蚀或者镀膜,才可获得所需的结构或元件!云浮激光微纳加工
微纳加工可以满足高精度三维结构制备、多材料微纳结构加工以及器件成型与集成的加工需求,因此,在各类微纳结构化功能部件的研制中展现出了很大的技术优势。目前,飞秒激光已经广泛应用于多个前沿科学领域。利用飞秒激光可以制备各种微光学器件,如微透镜阵列、仿生复眼、光波导和超表面等。吉林大学研究团队利用双光子聚合技术制备了一种基于仿生蛋白质的微透镜,该透镜在外界刺激下可动态调节焦距,同时具有独特的伸缩性、良好的生物相容性和生物可降解性;进一步该团队利用激光加工技术制备了可变焦的仿生复眼,实现了大视场变焦成像的功能,如图1所示。利用其高精度、高分辨率和三维加工能力,飞秒激光加工技术成为制备三维微流控芯片的强大工具。无锡激光微纳加工新一代微纳制造系统应满足的要求:能生产多种多样高度复杂的微纳产品!
微纳加工技术是先进制造的重要组成部分,是衡量国家制造业水平的标志之一,具有多学科交叉性和制造要素极端性的特点,在推动科技进步、促进产业发展、拉动科技进步、保障**安全等方面都发挥着关键作用。微纳加工技术的基本手段包括微纳加工方法与材料科学方法两种。很显然,微纳加工技术与微电子工艺技术有密切关系。广东省科学院半导体研究所微纳加工平台面向半导体光电子器件、功率电子器件、MEMS、生物芯片等前沿领域提供技术咨询、器件设计、版图设计、光刻、刻蚀、镀膜等技术服务。
作为前沿加工技术,飞秒激光加工具有热影响区小、与材料相互作用呈非线性过程、超出衍射极限的高分辨率加工等特点,可以实现对各种材料的高质量、高精度微纳米加工和三维微纳结构制造。飞秒激光对材料的加工方式灵活多样,既可实现增材、减材和等材制造,又能够以激光直写和激光并行加工的方式制备微纳结构。其中,飞秒激光直写通常用于复杂、不规则的微纳结构加工,具有较高的空间分辨率、加工灵活性和自由度,然而鉴于其逐点加工的技术特点,加工效率较低;飞秒激光并行加工包括基于数字微镜器件的光刻技术、空间光调制器和激光干涉加工等方法,具有较高的加工效率,但无法加工任意三维微结构。飞秒激光加工方式各有优缺点,可以根据应用中的实际需求来选择合适的加工技术。微纳加工平台,主要是两个方面:微纳加工、微纳检测。
在微纳加工过程中,薄膜的形成方法主要为物理沉积、化学沉积和混合方法沉积。蒸发沉积(热蒸发、电子束蒸发)和溅射沉积是典型的物理方法,主要用于沉积金属单质薄膜、合金薄膜、化合物等。热蒸发是在高真空下,利用电阻加热至材料的熔化温度,使其蒸发至基底表面形成薄膜,而电子束蒸发为使用电子束加热;磁控溅射在高真空,在电场的作用下,Ar气被电离为Ar离子高能量轰击靶材,使靶材发生溅射并沉积于基底;磁控溅射方法沉积的薄膜纯度高、致密性好,热蒸发主要用于沉积低熔点金属薄膜或者厚膜;化学气相沉积(CVD)是典型的化学方法而等离子体增强化学气相沉积(PECVD)是物理与化学相结合的混合方法,CVD和PECVD主要用于生长氮化硅、氧化硅等介质膜。微纳加工平台,主要是两个方面:微纳加工、微纳检测!云浮激光微纳加工
微纳加工涉及领域广、多学科交叉融合,其较主要的发展方向是微纳器件与系统(MEMS)。云浮激光微纳加工
飞秒激光微纳加工类型飞秒激光微纳加工的类型可以分为激光烧蚀微加工以及双光子聚合加工。激光烧蚀微加工利用其本身独特的性质使材料瞬间蒸发,而不经历熔化过程,具有优良的加工特性。双光子聚合加工三维微纳结构时利用飞秒激光聚焦点上发生的双光子吸收效应,获得比衍射极限还要小的光响应,可以在多种材料上进行微纳米尺度的加工。对波长特定的激光来说,材料可分为吸收材料和透明材料。飞秒激光对于这些材料的作用机理都不相同。由于自由电子大量存在的缘故,金属具有良好的导热性和导电性。透明材料原本不会吸收这一波段,但是由于飞秒激光可以产生极高的光强,它使材料实现对激光的非线性吸收。云浮激光微纳加工
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