[發(fā)明專利]一種利用TiO

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710348325.2
• 申請日: 2017-05-18
• 公開（公告）號: CN107199403B
• 公開（公告）日: 2019-12-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 宋曉偉;陶海巖;林景全;王碩
• 申請（專利權(quán)）人: 長春理工大學(xué)
• 主分類號: B23K26/352
• 分類號: B23K26/352;B23K26/00
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本發(fā)明提供了一種利用球形粒子陣列輔助飛秒激光超衍射極限加工的方法，屬于金屬表面納米孔加工領(lǐng)域。具體利用球形粒子陣列作為輔助誘導(dǎo)激光近場增強(qiáng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)飛秒激光超衍射納米孔加工。這種方式在多種金屬、非金屬以及半導(dǎo)體材料表面均可以實(shí)現(xiàn)納米孔的加工，其應(yīng)用更具有通用性。與傳統(tǒng)方法相比大幅度提高了納米孔的加工效率，同時(shí)也降低了加工成本。本發(fā)明有望在金屬表面超衍射極限納米加工領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及金屬表面微加工領(lǐng)域，特別涉及飛秒激光基于TiO₂球形粒子陣列輔助的超衍射極限加工的方法。

背景技術(shù)

器件微小型化一直是醫(yī)療、生物、信息等領(lǐng)域的發(fā)展需求，也是先進(jìn)制造發(fā)展的重要方向。在固體材料表面實(shí)現(xiàn)大面積、高效率的亞百納米量級的納米孔的加工具有重要的應(yīng)用價(jià)值。但由于光學(xué)衍射極限的制約(≈λ/2，λ為入射激光波長)，使超衍射極限尺度下納米結(jié)構(gòu)的激光加工應(yīng)用受到了限制。目前一種應(yīng)用的主要方式是基于納米結(jié)構(gòu)輔助的超衍射極限激光加工方案：利用納米結(jié)構(gòu)可對激光近場進(jìn)行空間局域化的特點(diǎn)，在待加工基底表面產(chǎn)生超衍射極限空間尺度的激光近場增強(qiáng)，從而借助此區(qū)域內(nèi)增強(qiáng)激光場的燒蝕效應(yīng)形成納米孔。傳統(tǒng)方法是利用激光照射顯微系統(tǒng)的金屬探針尖端(如原子力顯微鏡[1,2]等)與基底的間隙，形成局域近場增強(qiáng)，這一方式可實(shí)現(xiàn)百納米特征尺寸的納米加工。但這種方法速度非常緩慢，實(shí)現(xiàn)大面積陣列加工困難。當(dāng)在待加工的硅基底表面放置單一的Au納米粒子，在激光進(jìn)行照射時(shí)也能取得相似的納米孔加工效果[3]，而且這種方法可有效應(yīng)用于半導(dǎo)體(Si)和金屬(Pt)[1]等基底表面的納米孔加工。然而，當(dāng)Au粒子陣列緊密排列時(shí)，與單一放置情況下相比，其在基底表面近場增強(qiáng)效果并不相同而且相差甚遠(yuǎn)，以至于基底表面加工難以實(shí)現(xiàn)[4]。目前可以有效陣列納米孔制備方式還有利用聚苯乙烯(PS)粒子陣列排布在PMMA基底表面，PS粒子的直徑接近入射激光波長時(shí)可以產(chǎn)生粒子透鏡效應(yīng)，對光進(jìn)行“聚焦”[1,2]，但是這種方式對基底介電環(huán)境要求苛刻，PS粒子與其他基底組合后聚焦位置會(huì)脫離靶材，進(jìn)而失去加工能力。因此，如硅等具有廣泛應(yīng)用價(jià)值的基底如何實(shí)現(xiàn)粒子陣列輔助激光納米加工成為亟待解決的難題。

參考文獻(xiàn)：

[1]Zenhausern F,Martin Y,Wickramasinghe H K 1995Science.2691083

[2]Merlein J,Kahl M,Zuschlag A,Sell A,Halm A,Boneberg J,Leiderer P,Leitenstorfer A,Bratschitsch R 2008Nature Photon.2230

[3]Wang Z B,Luk’yanchuk B S,Li L,Crouse P L,Liu Z,Dearden G,Watkins KG 2007Appl.Phys.A.89363

[4]Nedyalkov N,Sakai T,Miyanishi T,Obara M2007Appl.Phys.Lett.90123106

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對以往在固體表面加工百納米孔方法的不足，提出了一種利用TiO₂粒子陣列輔助飛秒激光超衍射極限加工的方法。通過在待加工的固體基底表面放置球形 TiO₂納米粒子陣列，利用TiO₂粒子對飛秒激光進(jìn)行空間局域，誘導(dǎo)待加工的基底表面產(chǎn)生近場增強(qiáng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)超衍射極限空間尺度的納米燒蝕而形成亞百納米孔。這種方法可以在有效的在固體表面實(shí)現(xiàn)大面積的納米孔的加工。

本發(fā)明采取的技術(shù)方案：

一種利用TiO₂粒子陣列輔助飛秒激光超衍射極限加工的方法，該方法由以下步驟組成：

(1)首先在基底材料表面放置TiO₂納米球形粒子陣列，使粒子緊密排列，制作加工用靶材；