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准分子激光器用途日益扩大

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来源: 作者: 2018-10-28 12:18:50

准分子激光器用途日益扩大

导读:

准分子激光器具有独特的材料加工特性,这一特性使得其应用范围日益扩大。

准分子激光器具有独特的材料加工特性,这一特性使得其应用范围日益扩大。  与其他气体激光器不同,准分子激光器在应用方面的数目和种类不断的增多。这是因为,准分子激光器所独有的特性和性能,这使得准分子激光器能满足很多的材料加工的需要。其独有的特性也使得它很好的被用于新兴的技术中。目前,主要有两个方面应用:1)材料的切除2)光学材料的加工,尤其是打孔,划线,微加工,和其他方面的加工,在这些加工中,其特征尺寸缩小且超出了机械加工的范围。准分子材料切除的本质是光烧蚀,它几乎没有热影响区域,而且使用准分子时,切口干净而且轮廓分明。这些特点使得它十分适合进行亚微米范围的微加工。此外,短波长的紫外(UV)准分子辐射很容易被许多材料所吸收,使得它不论对硬质材料(如,硅和陶瓷)还是对软质聚合物都能进行有效加工。紫外准分子激光波长的范围较广,这意味着,基本上对于任何需要加工的材料都能够找到合适的波长。大型的多模平顶准分子光束让大面积图案制作所需的光束整形和掩膜技术成为可能,使得加工效率更高,且能得到复杂的三维图案。  目前,准分子激光器有三个主要的用途:LASIK眼科手术,平板显示器退火,和半导体微光刻。不过,准分子市场的其他部分也是很重要的,包括了许多不同的加工和行业,从对眼镜打标到加工柴油机汽缸套,到电子工业中的打孔都使用了该技术。然而,这三大主要的应用有专门的模型,这些模型被优化以满足行业中已很好确立的性能参数,在大量不同的应用中对激光条件有着广泛且多样的要求。这是因为对于一个给定的材料和波长,要进行有效的材料加工就需要在主要的准分子激光性能,脉冲能量(对加工对象的影响),和重复频率之间得到正确的平衡。  选择能量还是重复频率?  起初,大部分工业准分子激光器的主要特点是:合适的重复频率处(几百Hz),激光脉冲能量很高(几百个mJ);或者是高重复频率(100Hz-2Hz)而能量为几个mJ。但是,平板显示器制造中低温多晶硅(LTPS)退火技术的成熟推进了高重复频率(达300Hz)、高脉冲能量(1J)激光器的发展,这些技术目前也被用在微加工应用中。例如,可以直接对薄膜进行图案处理,这主要用于电子工业。  另一个重要的方向是节约成本的迷你准分子激光器的开发和不断进步,该激光器提供的激光能量约为10mJ,重复频率最大值为几百个Hz或者更大,光束高度仅为mm,整个装置很小。现在,这些激光器运行起来十分划算,因为其主要进步在于电极(管)的寿命长,整体效率高,补充气体的间隔时间长。此外,这些激光器使用的气体量更小,并且可以使用小直径的光束传输装置。  独特的性能  准分子激光器输出的矩形光束其最大的尺寸可以达到几个厘米。这一特性,与准分子激光器的高脉冲能量和低重复频率相结合,使得准分子激光器很适合与光掩膜技术结合在大范围内加工得到大量重复的图案。与此相反,由许多固态激光器得到的光束通常被聚焦成小光斑,并用振镜进行扫描。这个技术被称为直接写入法,直接写入法具有的点状的本质让它具有特有的应用范围,比如,圆晶的划线和晶粒的切割。然而,直接写入式微加工其劣势在于,它无法以固定的深度来去除较大面积的材料,因为小光束的逐行扫描会留下刻痕。

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