基于二氧化硅薄膜的纳秒激光刻蚀亚波长条纹的研究

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随着器件小型化的发展,纳米制造技术得到广泛的应用。传统用于微机械加工的制造技术已经不能满足光电子技术进一步发展的需求。激光诱导纳米制造技术凭借其高加工精度、高加工速度、环保等优点备受人们的关注。随着飞秒激光技术的广泛应用,在飞秒激光烧蚀坑边缘观察到一种周期远小于激光波长的条纹结构,实现了纳微器件的更小型化的发展。但众多研究表明亚波长条纹的出现只限于飞秒和皮秒,纳秒激光刻蚀以烧蚀为主,不能形成亚波长条纹结构。近期有研究发现纳秒激光刻蚀也能形成亚波长条纹,这是激光制备纳微器件技术的一大进步,对当前的科研和实际的纳微器件的生产和应用具有一定的借鉴意义。本论文在前人基础上做进一步研究。采用溶胶-凝胶法和垂直沉积法制备Si02颗粒堆积膜。改变氨水和水的用量及添加N,N-二甲基甲酰胺(DMF),研究其对薄膜结构的影响。然后采用波长1064nm,脉宽12ns的ND:YAG激光器在多个能量密度下进行刻蚀。激光入射角为0度,脉冲辐照次数为1。总结膜结构及纳秒激光参数对亚波长条纹的形成及影响。研究发现:随着氨水及水量的增加,纳米颗粒尺寸增加。但颗粒尺寸增加到一定程度时,溶胶不稳定,粘度不足以镀膜。加入N,N-二甲基甲酰胺(DMF)后,虽能改善膜层开裂情况,但薄膜颗粒尺寸变小,薄膜向无规则网络状转变,不利于纳秒激光刻蚀亚波长实验,所以不予采用。当激光波长为1064nm,脉冲宽度为12ns时,激光刻蚀的亚波长条纹出现在损伤斑的中心,这些周期性条纹大约0.5λ,且这些条纹有相同的周期,明显小于激光波长,而且这些周期性条纹都垂直于激光辐照的偏振方向且近似于纳米光栅结构。纳秒激光刻蚀亚波长条纹结构的激光脉冲能量密度宽泛;脉冲能量密度越大,刻蚀出条纹周期越大;条纹结构与颗粒结构没有明显关系。
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