超快激光近场加工技术研究.pdf

中国科学技术大学
硕士学位论文
超快激光近场加工技术的研究
姓名:朱兰芳
申请学位级别:硕士
专业:精密仪器及机械
指导教师:黄文浩
20080101
本文首先介绍几种常用的电磁场分析的方法,如:多重多极子展开法,摘要作为一种新型的激光加工技术,飞秒激光微细加工具有亚微米的加工分辨率、低热损伤等技术特点。随着科学技术的发展,对飞秒激光微加工技术提出了更高的要求。其中的一项任务是进一步提高飞秒激光的加工精度,突破Ъ工分辨率瓶颈。可采取的方法包括:将激光入射到金属探针的表面,利用探针尖端的近场场增强对材料进行加工;采用纳米小孔形成纳米级的光源;利用准周期金属微结构控制出射光束的质量等等。本文采取了飞秒激光与原子力显微镜结合的实验方案,对飞秒激光的超高分辨率加工进行了实验和机理研究。并探讨了用倍频飞秒激光和文擅卓捉形⒓庸さ目尚行浴格林函数方法,有限元法哉饧钢址椒ń辛吮冉希缓笙晗傅厮得魇域有限差分法的原理和在计算中需要注意的几个问题。其次,基于、,曲Ⅲ原子力显微镜实验平台,搭建了反射式的飞秒激光近场加工系统,利用金探针实现了对材料的纳米加工,形成了纳米线和字母。用时域有限差分法对激光入射金探针的散射光场进行了数值分析,比较了不同形状探针的场增强,为优化实验奠定了理论基础。再次,对非常规纹矫婺擅卓椎墓庋Т涮匦越辛研究,将其与其它形状的纳米孔进行了比较,探讨了它的波导传播特性,出射光强的峰值随孔厚度的变化,以及表面等离子体的影响。针对┎ǔど杓屏丝同时获得纳米级分辨率和高传输效率的慰住W詈螅苑擅爰す飧叻直婕庸ぜ术的发展进行了总结和展望。关键词:飞秒激光原子力显微镜超高分辨率微纳加工时域有限差分法文擅卓状浠

笨三差辏翴日中国科学技术大学学位论文原创性和授权使用声明本人声明所星交的学位论文,是本人在导师指导下进行研究工作所取得的成果。除已特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含任何他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中作了明确的说明。本人授权中国科学技术大学拥有学位论文的部分使用权,即:学校有权按有关规定向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子’版,允许论文被查阅和借阅,可以将学位论文编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。保密的学位论文在解密后也遵守此规定。作者签名:
存储器问世,从而进入了特大规模集成时代。年,Ⅱ募际’节点。年,工艺投入生产使用。微电子学专家预言,到年,集成电路中组件尺寸将达到纳米级,进入纳米电子器件时代。微电子的腾飞有赖于相关技术的支持,反过来它的发展也为更高层次的科技飞跃带来了契机。伴随对硅,锗等半导体材料的深入研究,源于微电子集成制造的微细加工技术逐渐成熟。年代末,美国借助于工艺制作出微米级的静电马达,开辟了微机械的崭新领域。微细加工技术是微电子集成制造和研究中的重要内容,包含了各种现代特种加工和高能束加工方式。常用的微细加工方法有:’光刻是电路集成和微机械制造中的关键工艺技术。其原理是在基体材料上涂覆光致抗蚀剂饪探,然后通过极限分辨率极高的能量束通过掩模对光致抗蚀’剂进行曝光,经显影后,在光刻胶层上获得与掩模图形相同的极微细的几何图形唧,然后再利用刻蚀等方法,在基体材料上制作出微结构【】。年左右,光刻技术在半导体器件制造中首次得到成功应用,推动了集成电路的发明和飞速发展。几十年以来,集成技术不断小型化,光刻技术发挥了重要的作用。光刻技术‘中主要采用的曝光方法有:电子束曝光技术、离子束曝光技术、湎咂毓饧际酢紫外准分子曝光技术。淌醇际刻蚀分为湿法刻蚀和干法刻蚀。常见的刻蚀方法包括:化学各向异性刻蚀湿法刻蚀⒗胱邮淌分为聚焦离子束刻蚀头从胱邮淌碦⒓光束刻蚀和电子束刻蚀。聚焦离子束刻蚀在一定的离子密度条件下,能产生直径为亚微米的射束,通过入射离子向工件表面原子传递动量而达到逐个蚀除工件表面原子的目的,可达到纳米级的制造精度。聚焦离子束刻蚀是一种对工件表面直接刻蚀的方法,可以精确控制束密度和能量。反应离子束刻蚀是一种物理化学反应的刻蚀方法。这种方法是将反应气体的离子束直接引向工件表面,发生反应后形成既易挥发又易靠离子动能而加工的产物,同时通过反应气体离子束溅射作用而达到刻蚀的目的。反应离子束刻蚀是一种亚微米级的微加工技术。薄膜制备技术主要分为气相方法和液相方法。气相法包括物理气相沉积缯婵照舴ⅰ⒔ι涠颇ぁ⒗胱佣颇ぁ⒎肿邮庋印⒗胱幼⑷氲龋饪碳际∧ぶ票讣际第一章绪论
作了长,蹈叩娜M夹巍,整个结构约有个固化单元构将激光加工技术推向全新的领域。超快飞秒脉冲与材料的相互作用发生了本质的能量转移仅需考虑电子受激的吸收,并没有能量存储和