一種基于掃描振鏡快速移動(dòng)激光焦點(diǎn)的植入方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及表面微細(xì)結(jié)構(gòu)加工、激光植入的技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于掃描振鏡快速移動(dòng)激光焦點(diǎn)的植入方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]微電路是指具有高密度等效電路元件和(或)部件，并可作為獨(dú)立件的微電子器件。微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)是指尺寸在幾毫米乃至更小的高科技裝置，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)一般在微米甚至納米量級(jí)，是一個(gè)獨(dú)立的智能系統(tǒng)，主要由傳感器、作動(dòng)器(執(zhí)行器)和微能源三大部分組成，具有微型化、智能化、多功能、高集成度和適于大批量生產(chǎn)這幾個(gè)特點(diǎn)。在電子、醫(yī)學(xué)、工業(yè)、汽車和航空航天系統(tǒng)方面有著廣泛的應(yīng)用前景。微流控系統(tǒng)，又稱微流控分析芯片、微全分析系統(tǒng)(yTAS)或芯片實(shí)驗(yàn)室，利用微細(xì)加工技術(shù)將微通道、微栗、微閥、微反應(yīng)器、微傳感器、微檢測(cè)器等各種功能單元集成在一塊微芯片上，通過(guò)控制溶液在其中的流動(dòng)，來(lái)完成生物和化學(xué)等領(lǐng)域所涉及的樣品制備、混合、反應(yīng)、分離、檢測(cè)、生化分析等功能的微型分析系統(tǒng)。在生物分析、微量化學(xué)分析與檢測(cè)，微電子設(shè)備冷卻，微小衛(wèi)星儀態(tài)調(diào)整，便攜式燃料電池等領(lǐng)域均展現(xiàn)了良好的應(yīng)用前景。
[0003]連續(xù)微結(jié)構(gòu)、特別是連續(xù)金屬微結(jié)構(gòu)，在微電路、微細(xì)電子元器件、微流控和微機(jī)電系統(tǒng)等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用意義，近年來(lái)人們?cè)絹?lái)越關(guān)注激光誘導(dǎo)向前轉(zhuǎn)移制備金屬連續(xù)微結(jié)構(gòu)的方法。Jacob(James A.Grant-Jacob，Benjamin Mills，Matthias Feinaeugleet al.Micron—scale copper wires printed using femtosecond laser-1nducedforward transfer with automated donor replenishment.0ptical Materials Express，2013，3(6): 747-754.)等提出了一種“自動(dòng)靶材補(bǔ)給技術(shù)”，結(jié)合“激光誘導(dǎo)向前轉(zhuǎn)移技術(shù)”制備連續(xù)金屬微線。在激光脈沖熔融并拋出靶材微團(tuán)的同時(shí)，不斷移動(dòng)靶材，使后續(xù)激光脈沖輻照于新的靶材區(qū)域上，并使后續(xù)拋出的微團(tuán)不斷堆疊沉積，形成連續(xù)微線，如圖1所示，他們利用這種方法成功在硅基片上制備了數(shù)十微米寬、長(zhǎng)達(dá)數(shù)毫米的微銅線。
[0004]為了改善連續(xù)結(jié)構(gòu)沉積的均勻性，有學(xué)者對(duì)液態(tài)靶材向前轉(zhuǎn)移技術(shù)進(jìn)行了研究，“液態(tài)靶材向前轉(zhuǎn)移技術(shù)”在透明約束層上涂覆數(shù)十微米的液態(tài)靶材層，如顆粒懸濁液、高分子溶液、膠體和生物流體等，為了吸收激光能量，液態(tài)靶材之上往往需要制備吸收層(犧牲層)(如圖2 (a))，或者在靶材內(nèi)添加光能吸收材料，以吸收激光能量，提供拋出靶材所需的推動(dòng)力。采用犧牲層的另一個(gè)好處是，可以保護(hù)液態(tài)靶材，減少激光的熱作用影響。Florian (C.Floriana，F(xiàn).Caballero-Lucasa，J.M.Fernandez-Pradasa etal.Conductive silver ink printing through the laser-1nduced forwardtransfertechnique.Applied Surface Science，2015，in press.)等研究了銀墨水的激光誘導(dǎo)向前轉(zhuǎn)移，用以在基片上沉積微細(xì)導(dǎo)線，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)通過(guò)液滴重復(fù)堆疊所獲得的連續(xù)微線，相比固體靶材沉積得到的微線，其均勻性更好，微觀形貌也更為光滑(圖2 (b))。
[0005]激光作用的時(shí)間約為毫秒級(jí)別，在連續(xù)微結(jié)構(gòu)的制備中，需要采用堆疊的方法，反復(fù)進(jìn)行植入處理，毫秒級(jí)的時(shí)間間隔仍然比較長(zhǎng)，這使得“自動(dòng)靶材補(bǔ)給技術(shù)”和“液態(tài)靶材向前轉(zhuǎn)移技術(shù)”處理效率較低，并且“自動(dòng)靶材補(bǔ)給技術(shù)”和“液態(tài)靶材向前轉(zhuǎn)移技術(shù)”都是使用單一光路進(jìn)行植入，沒(méi)有類似的使用振鏡同時(shí)植入的方案。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明解決的技術(shù)問(wèn)題是提出一種雙光路進(jìn)行植入的基于掃描振鏡快速移動(dòng)激光焦點(diǎn)的植入方法及裝置，控制激光光束以特定的運(yùn)動(dòng)軌跡和掃描速度，快速移動(dòng)激光焦點(diǎn)，在需要植入微細(xì)顆粒的基材表面進(jìn)行掃描運(yùn)動(dòng)，提高大面積連續(xù)微結(jié)構(gòu)的植入效率。
[0007]為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明實(shí)施例提供的基于掃描振鏡快速移動(dòng)激光焦點(diǎn)的植入方法，包括以下步驟:
51:將基材放置于由靶材顆粒組成的懸濁液中；
52:激光通過(guò)可移動(dòng)透鏡進(jìn)行調(diào)節(jié)，然后經(jīng)過(guò)聚焦透鏡將激光進(jìn)行聚焦；
53:激光束入射到X掃描鏡和Y掃描鏡上；
54:使用控制系統(tǒng)控制X振鏡和Y振鏡的運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而控制X掃描鏡和Y掃描鏡的反射角度；
55:X掃描鏡和Y掃描鏡可分別沿X、Y軸掃描，實(shí)現(xiàn)激光焦點(diǎn)按照特定的運(yùn)動(dòng)軌跡，以特定的掃描速度在基材的表面進(jìn)行掃描運(yùn)動(dòng)，使激光焦點(diǎn)掃描到基材全部待加工的表面；
S6:當(dāng)聚焦的激光能量大于懸濁液的擊穿閾值時(shí)，激光擊穿懸濁液，產(chǎn)生等離子體膨脹輻射出等離子體沖擊波；
57:等離子體消失后誘導(dǎo)產(chǎn)生的空化泡潰滅時(shí)也對(duì)外輻射出沖擊波；
58:空化泡與基材表面相互作用產(chǎn)生高速微射流；
59:誘導(dǎo)產(chǎn)生的沖擊波以及高速微射流，推動(dòng)微細(xì)顆粒沖擊植入基材。
[0008]為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，實(shí)施本發(fā)明的基于掃描振鏡快速移動(dòng)激光焦點(diǎn)的植入方法的裝置包括激光器、可移動(dòng)透鏡、聚焦透鏡、X掃描鏡和Y掃描鏡、X振鏡和Y振鏡、以及控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)控制X振鏡和Y振鏡的運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而控制X掃描鏡和Y掃描鏡的反射角度，激光器產(chǎn)生的激光通過(guò)所述可移動(dòng)透鏡進(jìn)行調(diào)節(jié)，然后經(jīng)過(guò)聚焦透鏡將激光進(jìn)行聚焦，聚焦后的激光經(jīng)X掃描鏡和Y掃描鏡反射到放置于由靶材顆粒組成的懸濁液中的基材的表面上。
[0009]本發(fā)明實(shí)施例提供的基于掃描振鏡快速移動(dòng)激光焦點(diǎn)的植入方法，具有如下有益效果:
本發(fā)明實(shí)施例提供的基于掃描振鏡快速移動(dòng)激光焦點(diǎn)的植入方法和裝置中，控制激光光束以特定的運(yùn)動(dòng)軌跡和掃描速度，快速移動(dòng)激光焦點(diǎn)，在需要植入微細(xì)顆粒的基材表面進(jìn)行掃描運(yùn)動(dòng)，提高大面積連續(xù)微結(jié)構(gòu)的植入效率；本發(fā)明使用控制系統(tǒng)控制X振鏡和Y振鏡的運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而控制X掃描鏡和Y掃描鏡的反射角度，這兩個(gè)掃描鏡可分別沿X、Y軸掃描，從而實(shí)現(xiàn)激光焦點(diǎn)按照特定的運(yùn)動(dòng)軌跡，以特定的掃描速度在基材的表面進(jìn)行掃描運(yùn)動(dòng)，使用兩個(gè)光路進(jìn)行植入，保證前后兩次植入周圍的環(huán)境一直處于穩(wěn)定狀態(tài)，保證連續(xù)微結(jié)構(gòu)的均勻性。本發(fā)明的基于掃描振鏡快速移動(dòng)激光焦點(diǎn)的植入方法使用振鏡將激光反射于基材所需要設(shè)定的位置，相鄰兩次植入的區(qū)域可以相隔很大，前后兩次植入的周圍環(huán)境一直處于穩(wěn)定狀態(tài)，提高植入效率，保證連續(xù)微結(jié)構(gòu)的均勻性。本發(fā)明采用了振鏡技術(shù)，控制激光焦點(diǎn)按照特定的運(yùn)動(dòng)軌跡和掃描速度，在基材需要植入微細(xì)顆粒的表面進(jìn)行掃描運(yùn)動(dòng)，所以提高了植入效率；懸濁液不斷提供植入所需要的靶材，保證了連續(xù)微結(jié)構(gòu)的均勻性；振鏡快速移動(dòng)激光焦點(diǎn)，保證