[發明專利]利用飛秒激光實現玻璃表面選擇性金屬化的方法

無效

• 申請號: 200710043530.4
• 申請日: 2007-07-06
• 公開（公告）號: CN101121575A
• 公開（公告）日: 2008-02-13
• 發明（設計）人: 徐劍;程亞;廖洋;徐至展
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海光學精密機械研究所
• 主分類號: C03C17/06
• 分類號: C03C17/06
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司
• 代理人: 張澤純

技術領域

本發明涉及玻璃金屬化和飛秒激光微加工，特別是一種采用飛秒激光實現玻璃表面無掩模選擇性金屬化的方法。

技術背景

近年來，利用飛秒激光的超強超快特性對玻璃等透明材料進行微結構改性，已引起了物理、材料、生物等多學科領域的極大興趣。特別是在所選材料的破壞閾值附近，飛秒激光可實現高效的納米加工。自Hirao研究組首次發現飛秒激光誘導的折射率變化并制作出光波導以來，飛秒激光應用于集成微器件中的微加工越來越廣泛。當前芯片實驗室特別是微光學和微流體集成的迫切需求，為飛秒激光微加工帶來了新的思路。Cheng利用飛秒激光在光敏玻璃內部實現了三維光子學和微流體器件的集成，并制作出微流體激光器。因此，利用飛秒激光在單一芯片上實現更多功能的高度集成無疑將極具新意和挑戰。其中，電學功能和熱學功能的集成將對于多功能微器件的制作具有重要意義和實用價值。上述集成的基礎，關鍵在于需要解決在玻璃上進行選擇性金屬化的問題。目前微電子工業普通采用的選擇性金屬化方法多是依賴于掩模而沉積金屬圖案，增加了制備工序的復雜性和實施成本。因此尋找一種方法簡便、制備快速、工藝可控的新型玻璃選擇性金屬化的手段引起了研究者廣泛的興趣。由于激光直寫技術具有較好的選擇性，以其為基礎的各種金屬化方法應運而生，如激光誘導正向傳遞沉積、激光輔助化學氣相沉積、激光誘導等離子體輔助燒蝕、激光輔助化學液相沉積、激光直寫玻璃表面金屬粉末等，但利用上述這些技術進行選擇性金屬化將電學功能和熱學功能集成至飛秒激光微加工制作的微光學-微流體集成器件中，集成精度和相容性有待于改善。

發明內容

本發明旨在為面向多功能芯片實驗室技術的飛秒激光微加工微器件集成需求，提供一種飛秒激光實現玻璃表面選擇性金屬化的方法，以克服現有技術需要掩模而帶來工藝的繁雜性，簡化制造步驟，降低制造成本，同時提高整個工藝的可控性和穩定性。

本發明的具體技術解決方案如下：

一種利用飛秒激光實現玻璃表面選擇性金屬化的方法，包括下列步驟：

(1)在玻璃基底上制備硝酸銀薄膜：首先將清洗潔凈的玻璃基底避光浸沒在硝酸銀溶液中，硝酸銀溶液的濃度為：0.2～2mol/l，浸沒時間為1～60min，浸沒完畢室溫自然干燥；

(2)利用飛秒激光聚焦在硝酸銀薄膜上直寫圖案，飛秒激光的波長為800nm，脈沖寬度為40fs，峰值功率密度為0.8×10¹⁵～16×10¹⁵W/cm²，掃描速度1～100μm/s；

(3)去除未輻照的硝酸銀薄膜：依次采用丙酮→酒精→蒸餾水清洗，每個溶劑清洗時間為1～10min，超聲波作為清洗的輔助手段；

(4)置入化學鍍銅液中進行化學鍍銅：

化學鍍銅液的成分為：

成分??????????????????????????????????含量

硫酸銅(CuSO₄·5H₂O)???????????????????2～10g/l，

乙二胺四乙酸鈉(EDTA·2Na)?????????????10～20g/l，

甲醛(HCHO)????????????????????????????2～10g/l，

2-2’聯吡啶???????????????????????????0.01～0.1g/l，

聚乙二醇(PEG4000)?????????????????????0.01～0.1g/l

溶液的PH值為12～13，采用1％NaOH溶液進行調節；施鍍時間為1～120min，施鍍溫度為20～80℃。

本發明通過改變飛秒激光直寫技術的各種加工參數來調控圖案化的尺寸及形狀。在激光輻照位置，高強度的激光能量使得硝酸銀分解為銀，而未輻照位置的硝酸銀在激光直寫后可用溶劑輕易去除。飛秒激光直寫位置原位產生大量銀顆粒，將作為化學鍍的催化中心，引導著后續化學鍍銅的擇優沉積，從而成功實現玻璃的選擇性金屬化。與現有技術相比，本發明具有以下優點：

1、實現了無掩模的玻璃表面選擇性金屬化，避免了現有技術中因掩模帶來的繁雜工序，使整個制備過程更簡便、有效。

2、由于飛秒激光較高的加工精確性和較小的熱影響區域，使得產生的Ag顆粒聚集在激光輻照的位置，而且具有很好的結合強度，玻璃表面的金屬化具有很好的選擇性和粘附力。

3、所選的玻璃類型廣泛，無論是否具有光敏性質，均可實現選擇性金屬化，對于其他非導電材料表面的選擇性金屬化同樣具有啟示意義。