[发明专利]一种非真空无掩膜的高电导率金属纳米线的加工装置

摘要

本发明涉及一种非真空无掩膜的高电导率金属纳米线的加工装置，属于微纳加工领域。该装置使用飞秒激光进行加工。首先对入射激光进行整形产生双光点光束，然后通过三维位移平台控制样品的位置，使得双光电光束与样品之间相对运动形成加工图案。通过控制聚焦平面与样品表面之间的距离控制线宽。该装置无需在真空条件下加工，降低对加工环境的要求，有利于成本的降低；无需掩膜，从而减少加工步骤，提高加工效率；金属纳米线由较为成熟的电子束蒸镀的方法产生，内部不存在纳米间隙，电导率较高；且金属纳米线的宽度可以大范围调节。该装置提供了一种可靠、高效、灵活的金属纳米线加工装置。

主权项

一种非真空无掩膜的高电导率金属纳米线的加工装置，其特征在于：包括：飞秒激光器(1)、能量调节装置(2)、相位整形器(3)、第一平凸透镜(4)，第二平凸透镜(5)、聚焦物镜(6)、镀膜样品(7)、三维移动平台(8)、计算机(9)；飞秒激光器(1)产生飞秒激光脉冲，通过能量调节装置(2)调节能量；其后通过相位整形器(3)进行相位整形；整形后的光束经过第一平凸透镜(4)及第二平凸透镜(5)组成的4f系统后进入聚焦物镜(6)；光束经聚焦物镜(6)聚焦至镀膜样品(7)表面进行加工；镀膜样品(7)放置于三维移动平台(8)上；飞秒激光器(1)、相位整形器(3)、三维移动平台(8)均由计算机(9)控制；所述装置的工作过程，具体步骤如下：(1)飞秒激光器(1)产生飞秒激光，强度分布为高斯分布；激光通过能量调节装置，进行能量调节；(2)激光通过相位整形器(3)，对激光的相位进行整形使得激光光束左右的相位相差π，此过程不改变激光的强度；(3)整形后的激光通过4f系统传递至聚焦物镜(6)，4f系统可以将传递过程中的衍射消除；(4)相位整形光束经过聚焦物镜(6)后，由于聚焦过程中的衍射效应，会产生强度的变化，即强度整形；通过控制相位整形的相位分布，在焦平面产生双光点光束，该光束由两个强度相同的光点组成，双光点光束并排排列，两光点之间形成光强较弱的暗区；(5)将镀膜样品(7)放置于三维移动平台(8)上，通过移动位移平台使得材料表面与焦平面平齐；镀膜样品(7)是利用电子束蒸镀法在熔融石英基底上镀金属膜，金属薄膜的种类可以根据需求决定；(6)使用双光点光束对样品进行刻划；由于双光点光束中间为强度较弱的暗区，金属薄膜保留，而两边的光强较大，材料被去除；线性移动光束，从而形成金属线；通过控制光束强度，合适的能量可以使得金属线达到纳米尺度，产生金属纳米线；(7)通过控制样品表面与聚焦平面的相对位置，可以改变暗区的宽度，进而控制保留区域的宽度，从而改变金属线的宽度；当焦平面离样品表面较远时，暗区较大，金属线的宽度可以较大，从而实现大范围的金属线宽度加工。