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飞秒激光多光子光刻及还原加工铜微结构研究

飞秒激光多光子光刻及还原加工铜微结构研究

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作者：李倩华曲阜师范大学

学位级别：硕士

飞秒激光微纳加工技术因其加工分辨率高、过程灵活等优点被广泛应用在聚合物、金属、水凝胶等材料的加工中。正性光刻胶是微纳器件加工中应用更为广泛的一类光刻胶,但是正性光刻胶的飞秒激光多光子光刻的系统研究仍然较少,制约着飞秒激... 详细信息

飞秒激光微纳加工技术因其加工分辨率高、过程灵活等优点被广泛应用在聚合物、金属、水凝胶等材料的加工中。正性光刻胶是微纳器件加工中应用更为广泛的一类光刻胶,但是正性光刻胶的飞秒激光多光子光刻的系统研究仍然较少,制约着飞秒激光多光子光刻的应用。铜(Cu)微纳结构在微纳电子电路、MEMS(Micro Electromechanical System)、传感等方面有重要应用。在Cu微纳结构的加工方面,氧化铜(CuO)是一种稳定、成本低廉而且易得的材料,然而,基于CuO的激光还原直写Cu微结构的分辨率仍然较低,需要进一步提高。此外,CuO结构在反应催化、化学生物传感等方面具有重要应用,CuO微结构的直写加工也具有重要意义。因此,本文对正性光刻胶的飞秒激光光刻,飞秒激光烧结CuO微结构及选择性还原加工Cu微结构进行了研究。在多光子光刻方面,利用多光子光刻技术对S 1813正性光刻胶的光刻进行了研究,系统地分析了 S 1813光刻胶多光子光刻的影响因素,将S 1813正性光刻胶的分辨率由微米量级提高到百纳米量级。提出并研究了采用不同扫描和曝光组合的多光子光刻方法,采用该方法制作了米粒形、弧形,及带有不同中心结构的“四叶草”等多种形貌的微结构。利用S 1813光刻胶的多光子光刻加工的结构有望为柔性电子、超材料、SERS(Surface-Enhanced Raman Scatting)结构和器件的制造提供模板。在飞秒激光烧结CuO微结构及选择性还原加工Cu微结构方面,本文首先利用飞秒激光对CuO纳米颗粒薄膜进行选择性烧结,研究了激光功率对于烧结CuO线形貌和线宽的影响,实现了平均线宽为1.13 μm的CuO线的加工,并对烧结CuO结构的后处理展开了研究。其次,采用激光选择性诱导化学还原的方法将烧结的CuO微结构进一步还原为导电Cu微结构,分析了不同还原功率对还原获得的Cu微结构的组分、性能的影响。所加工的导电Cu线的电阻值在30天内稳定,平均为17.1Ω。利用飞秒激光选择性烧结与选择性还原相结合的方法加工了几种CuO/Cu复合微结构。这些加工的CuO、Cu、CuO/Cu微纳结构可以广泛应用于传感器、催化、电子学、MEMS及其结合领域。

关键词：多光子光刻正性光刻胶飞秒激光烧结飞秒激光还原 Cu微纳结构

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