[发明专利]脉冲激光微沉积图案形成

说明书

相关申请的交叉引用

本申请涉及申请日为2008年10月20日、发明名称为“一种用于制备薄膜的方法(A method for fabricating thin films)”的美国专利申请No.12/254,076。美国专利申请No.12/254,076以其全文形式在此被结合入本文作为引用。

技术领域

本申请涉及脉冲激光沉积，以及通过脉冲激光沉积形成图案化材料。

背景技术

当将脉冲激光用于图案化材料沉积时，主要的两类方法是：激光诱导顺向转移(LIFT)和激光诱导逆向转移(LIBT)。烧蚀材料通过LIFT沿相同的方向或通过LIBT沿相对于入射激光相反的方向被转移至接收基片。在LIFT，靶膜需要被沉积在激光可透的支撑基片上。接收基片被放置成面向靶膜。从靶支撑基片的未涂层侧入射的激光束导致靶膜中的烧蚀。烧蚀材料沿与激光相同的方向被顺向转移，并且被转移至接收基片。在LIBT设置中，几何方向是相反的。激光首先被引导通过激光可透的接收基片并且聚焦在靶上。靶可以是由希望的靶材制成的板。在烧蚀后，烧蚀材料沿与入射激光束相反的方向被逆向转移并且沉积在接收基片上。

若干LIFT方法披露于例如专利权人为Mayer的美国专利4,752,455和6,159,832，专利权人为Williams等人的美国专利4,987,006，和专利权人为Chrisey等人的美国专利6,177,151和6,766,764中。几个LIBT方法披露于专利权人为Yu等人的美国专利5,173,441，专利权人为Hanada等人的日本专利2005-79245，和Liu等人申请的美国专利申请2007/0243328中。

激光诱导等离子体辅助烧蚀已被用于金属靶的颜色标记，如Hanata等人的“Colour marking of transparent materials by laser-induced-plasma-assisted ablation(LIPAA)”，Journal of Physics：Conference Series 59(2007)，687-690所披露。测试了各种激光，并且产生了各种皮秒、纳秒和飞秒输出，最大重复频率为10KHz。对于该RGB处理，结果表明在激光标记行业中，传统的纳秒脉冲宽度对于高质量和有成本效益的标记具有很大的潜力。

上述方法的一个目的是材料的精确和图案化沉积。如果应用于印刷(打印)，这些方法是二元的并且会提供开/关效果或可视的黑/白效果。为了在较大的灰度范围上印制位图图像，需要满足两个要求：(i)足够数量的灰度级和(ii)实际可接受的印制速度。

Shah等人发明、受让给本申请的受让人的最近国际专利申请WO2008/091898披露了在固体表面上超短脉冲激光印制图像的方法。该方法是基于由超短脉冲激光与固体表面的相互作用引起的表面织构。在激光能流和曝光时间(每单位面积的平均功率)的一范围中，在激光照射后可产生几种类型的表面纹理，包括波纹、柱、孔和多种类型的随机微突起部。这些纹理的受控结构(排列)通过散射、捕获和吸收光产生可视效果的灰度。该方法不涉及从靶至基片的材料转移。

LIFT、LIBT和LIPAA系统已经使用了在1kHz重复频率下的Nd:YAG，Ti:Sapphire(蓝宝石)，并且用基于NdYVO₄的系统可高达约10KHz。由于低重复频率的原因，宏观尺度上形成高分辨率的图案或图像可能要花可达上千分钟的时间，限制了这些方法的应用。此外，如上文所述，很多系统限于产生二元图案。

发明内容

一个或多个实施例的一个目的是在透明基片上精确沉积材料，其中位置和厚度均处于控制之下。所述基片可以是玻璃，或其它合适的介质。

至少一个实施例提供了一种LIBT方法，用于以高速度在透明介质上形成图案。

在不同的实施例中，控制沉积材料的位置和厚度以改变介质区域的光密度，使得通过照明介质可获得灰度图像。举例来说，沉积材料的位置和厚度在介质的微观区域上受到控制，并且当通过肉眼或以低倍率观察时介质上反射系数的相关变化产生可视效果的灰度和可识别图像。可采用周围或受控照明。

在不同的实施例中，接收基片被放置成靠近靶板并与靶板相对。激光束被引导通过接收基片并且在靶上聚焦，使得材料被烧蚀并且逆向转移至接收基片。

另一个目的是在透明基片上激光印制图像，所述图像包括但不限于艺术或摄影图(影)像。更具体地说，通过高重复频率的超短脉冲激光，可以实现可视效果的灰度和快速的印制速度。