[發(fā)明專利]一種硬脆材料高深寬比結(jié)構(gòu)的加工方法及其在制備光學(xué)微納結(jié)構(gòu)方面的應(yīng)用

有效

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• 申請日: 2020-12-09
• 公開（公告）號: CN112548355B
• 公開（公告）日: 2022-02-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 孫洪波;劉學(xué)青;鄭家鑫;陳岐岱
• 申請（專利權(quán)）人: 吉林大學(xué)
• 主分類號: B23K26/362
• 分類號: B23K26/362;B23K26/70
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責(zé)任公司 22201
• 代理人: 劉世純

1.一種硬脆材料高深寬比結(jié)構(gòu)的加工方法，其特征在于，具體步驟如下：

步驟一：樣品制備；

樣品為透明介質(zhì)晶體，首先在樣品表面上蒸鍍一層薄膜作為犧牲層，犧牲層為對所用飛秒激光弱吸收的晶體薄膜，隨后利用丙酮、酒精以及去離子水的順序清潔樣品，最后用洗耳球吹干，樣品制備完成；

步驟二：飛秒激光改性掃描樣品；

首先，將樣品固定在三維加工平臺上，平臺由三維手動平臺和三維電控平臺組成；飛秒激光放大器經(jīng)三倍頻后出射的飛秒激光，進入三維壓電加工系統(tǒng)后，聚焦到樣品上表面；隨后，利用樣品表面劃線掃描的方法確認光斑位置以及聚焦焦點位置，將聚焦焦點移至樣品內(nèi)部，然后進行從內(nèi)部往表面的改性處理；直至將由于表面和內(nèi)部損傷競爭問題產(chǎn)生的未損傷區(qū)分配到合適厚度的犧牲層中，消除樣品中的未損傷區(qū)；

步驟三：樣品刻蝕；

具體步驟為：首先，將步驟二加工得到的樣品用丙酮、酒精以及去離子水的順序清潔，用來清理加工之后殘留的碎屑，將樣品置于氫氟酸溶液中去離子水浴超聲腐蝕10-20h，然后將超聲腐蝕后的樣品依次經(jīng)過丙酮溶液、乙醇溶液、去離子水各超聲處理5min，最后用烘干機烘干或用洗耳球吹干，超聲刻蝕后的樣品表面潔凈，無犧牲層，實現(xiàn)了高精度及高深寬比的微納結(jié)構(gòu)的制備。

2.如權(quán)利要求1所述的一種硬脆材料高深寬比結(jié)構(gòu)的加工方法，其特征在于，樣品的厚度為0.1-1mm。

3.如權(quán)利要求1所述的一種硬脆材料高深寬比結(jié)構(gòu)的加工方法，其特征在于，犧牲層的沉積方式為利用電子束沉積、離子輔助電子束沉積或磁控濺射，厚度為0.1-5μm。

4.如權(quán)利要求1所述的一種硬脆材料高深寬比結(jié)構(gòu)的加工方法，其特征在于，步驟一中所述的犧牲層為二氧化硅、氧化鋅、氟化鎂或鈮酸鋰晶體薄膜。

5.如權(quán)利要求1所述的一種硬脆材料高深寬比結(jié)構(gòu)的加工方法，其特征在于，步驟二中的三維壓電加工系統(tǒng)包括第一凹透鏡L₁、第二凸透鏡L₂、第三凸透鏡L₃、全反射鏡M、圖像傳感器CCD、物鏡O及三維壓電平臺PI；激光器出射飛秒激光依次經(jīng)過第一凹透鏡L₁和第二凸透鏡L₂擴束，然后光束經(jīng)全反射鏡M到達物鏡O處；另外，汞燈光源依次經(jīng)樣品、物鏡O、全反射鏡M后經(jīng)第三凸透鏡L₃到達圖像傳感器CCD處。

6.如權(quán)利要求1所述的一種硬脆材料高深寬比結(jié)構(gòu)的加工方法，其特征在于，步驟二中的三維手動平臺的X軸和Y軸移動范圍均為0-10cm，Z軸移動范圍0-5cm，三維電控平臺的X軸、Y軸和Z軸為壓電平臺，X軸和Y軸移動范圍均為0-3㎜，精度為1-10nm。

7.如權(quán)利要求1所述的一種硬脆材料高深寬比結(jié)構(gòu)的加工方法，其特征在于，步驟二中的飛秒激光基頻波長為1030nm，三倍頻之后波長為343nm，為紫外飛秒激光；激光重復(fù)頻率為200kHz，脈沖寬度為280fs；采用的物鏡為5倍到40倍的鏡頭，數(shù)值孔徑為0.1-0.75；激光燒蝕的單脈沖能量10-2000nJ，激光掃描速度1-100mm/s；加工數(shù)據(jù)的點間距為100-500nm，線間距為100-500nm，層間距為50-500nm。

8.如權(quán)利要求1所述的一種硬脆材料高深寬比結(jié)構(gòu)的加工方法，其特征在于，步驟三中的氫氟酸溶液濃度百分比為10%-40%，去離子水浴超聲溫度范圍為300K-350K。

9.如權(quán)利要求1所述的一種硬脆材料高深寬比結(jié)構(gòu)的加工方法在制備光學(xué)微納結(jié)構(gòu)方面的應(yīng)用。