飞秒激光诱导金属银纳米布线加工精度的研究

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在本文中,我们主要对飞秒激光诱导银离子还原的过程进行了相关研究。通过研究发现,由于激光聚焦的位置处会产生多光子吸收过程,这使得前驱体溶液中的银离子发生了氧化还原反应,从而产生了银的纳米颗粒并沉积在衬底上,因此最终可实现银的纳米布线过程。此外,通过对实验中的加工功率、曝光持续时间、溶液中还原剂种类以及对前驱液硝酸银浓度的调控,可以大大提高银纳米布线的精度。其中,当实验中的还原剂为柠檬酸钠,飞秒激光加工功率为0.26毫瓦,曝光持续时间为250微秒,以及前驱液硝酸银的浓度为0.06摩尔每升的条件下,成功制备出了线宽为93nm的银线,这一成果打破了光学衍射极限的限制,更展示了飞秒激光诱导银布线的高分辨率。通过自制金-铬微电极表征了银纳米线的导电性,并估算出所加工的纳米银线的电阻率只比正常状态下银的电阻率高一个数量级,证明了纳米银线具有较好的导电性。且通过反复实验证明,纳米银线被氧化的表面以及银纳米团簇之间微小缝隙的存在是导致纳米银线电阻率升高的主要因素。此外,通过最大功率超声实验,证明了飞秒激光诱导制备的金属银纳米线具有很好的黏附性。利用本文中经实验验证的最优加工条件,我们通过飞秒激光诱导技术成功制备出了包括大象、兔子、鲨鱼等在内的任意图案化的微纳银结构,展现了飞秒激光诱导技术所具有的任意化,可编程性的突出优势。此外,我们同样利用飞秒激光诱导技术成功制备出了一种催化反应微结构,该结构不仅为微流控系统中气体动力型的潜在应用提供了新的思路,而且为日益发展的集成功能型微器件提供了新的技术参考。本文一共分为四个章节:在第一章中,除了对包括飞秒激光发展历史在内的研究背景进行了相关介绍外,同时还介绍了飞秒激光制备微结构领域内的研究进展;在第二章中,我们介绍了不同的实验条件(加工功率,曝光持续时间,溶液中还原剂的种类,前驱液硝酸银的浓度)对飞秒激光诱导银纳米布线的精度及形貌的影响,并从理论上分析了这些条件是如何影响布线精度的;在第三章中,我们介绍了利用飞秒激光加工技术所制备出的银微结构的极限分辨率及各项性能指标,并制备出了相关的可行性应用器件;第四章则是对本文进行了总结及展望。
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