一种利用飞秒激光制备纳米带的方法与流程

本发明涉及一种纳米器件的制备方法，特别涉及一种利用飞秒激光制备纳米带的方法。

背景技术：

一维纳米结构由于在电子学、光电子学、电化学等领域具有极大的应用前景而得到了广泛的关注。其中纳米线、纳米棒以及纳米管得到了较多的研究。近来纳米带—一种新的一维纳米结构引起了纳米科学界的极大兴趣。纳米带可以帮助人们拓展对于固体中结构—性能关系的理解而且可以利用纳米带制成相应的功能器件，如hughes等(appl.phys.lett.,82,2886(2003))用纳米带制备了原子力显微镜和扫描探针显微镜的微悬臂。纳米带的制备方法通常有汽相沉积(science,291,1947(2001))、模版合成(chem.mater.,14,1445,(2002))、水热生长等。上述方法均涉及多步工艺流程，具有制备时间较长，制备成本高的不足。另外，上述方法制备的纳米带受制备过程中薄膜生长条件所限，纳米带形状比较单一，很难实现不同形状纳米带的制备，而在实际使用中，往往对纳米带的形状有特殊的要求，如扫描探针显微镜的微悬臂需要前端呈现箭头形状。

飞秒(10^-15秒)激光精密微细加工是当今世界激光、光电子行业中的一个极为引人注目的前沿研究方向。飞秒激光脉冲能在极短的时域，以极高的峰值功率与材料相互作用，可以极快地在激光照射部位注入能量，即使是热扩散较快的金属材料也能提高其加工精度。飞秒激光直写技术具有工艺简单，操作灵活等优势在微纳结构及器件制备领域得到广泛应用。

但经发明人检索，目前还未有将飞秒激光用于纳米带加工的技术公开。

技术实现要素：

发明目的：针对现有技术中存在的问题与不足，本发明提供一种简单易行、形状控制灵活且工艺可靠的纳米带制备方法。

技术方案：一种利用飞秒激光制备纳米带的方法，其特征在于，包括以下几个步骤：

第一步，在基底上沉积一层待加工薄膜；

第二步，将沉积有所述薄膜的基底放置在可移动的工作台上；

第三步，将单束飞秒激光的能量调节到至所述薄膜材料的烧蚀阈值；

第四步，将飞秒激光经物镜聚焦到所述薄膜表面，移动工作台，使飞秒激光根据预设参数扫描所述薄膜表面，使扫描的区域烧蚀掉，而未扫描的区域剥离而形成纳米带。

作为优选，所述未扫描的区域为预设形状或者宽度的纳米带。

作为优选，所述基底为玻璃或半导体。

作为优选，所述薄膜为金属膜、半导体膜或者介质膜。

作为优选，所述待加工薄膜厚度为10～100nm。

作为优选，所述飞秒激光的参数为：脉宽1～1000fs，波长200～2100nm，重复频率1～1mhz。

有益效果：与现有技术相比，本发明所提供的纳米带制备方法，克服了传统方法制备纳米带形状单一的不足，利用飞秒激光灵活的三维加工特性，通过飞秒激光的冷加工特征对薄膜进行烧蚀，可以制备出根据程序预先设定任意形状的纳米带。本发明通过采用不同的聚焦物镜并改变相关的激光参数，可以实现不同宽度、不同形状纳米带的制备。使用本发明方法制备纳米带，相比传统的气相沉积、模版合成和水热生长等方法，具有工艺步骤简单、加工效率高、适用薄膜材料广泛、纳米带形状易控制等特点。

附图说明

图1为本发明利用单束飞秒激光制备纳米带的示意图；

图2为本发明方法制备的纳米带的显微结构图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明。

实施例1：

本实施例提供一种利用飞秒激光制备纳米带的方法，如图1所示：包括以下几个步骤：

第一步，在石英玻璃基底4上沉积一层待加工金薄膜3；

第二步，将沉积有金薄膜3的基底放置在可移动的工作台上；

第三步，将重复频率1khz，波长800nm，脉宽120fs，功率10mw的单束飞秒激光1的能量调节到至金薄膜材料的烧蚀阈值0.15j/cm²；

第四步，将飞秒激光1经显微物镜2聚焦到所述薄膜表面，按设定的程序移动三维工作台，使飞秒激光根据预设参数扫描所述薄膜表面，使扫描的区域烧蚀掉，而未扫描的区域剥离而形成所需形状或者宽度的纳米带5，如图2所示。

实施例2：

本实施例的制备方法和实施例1基本相同，不同之处在于本实施例是将沉积在石英玻璃上的铜薄膜置于计算机控制的三维平台上，将重复频率250khz，波长800nm，脉宽30fs，功率50mw的飞秒激光1通过显微物镜2聚焦到铜膜表面，按设定的程序移动三维平台，最终在样品表面形成铜纳米带。

实施例3：

本实施例的制备方法和实施例1也基本相同，不同之处在于本实施例将沉积在石英玻璃上的硅薄膜置于计算机控制的三维平台上，将重复频率500khz，波长1030nm，脉宽1000fs，功率100mw的飞秒激光1通过显微物镜2聚焦到硅膜表面，按设定的程序移动三维平台，最终在样品表面形成硅纳米带。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

技术特征：

1.一种利用飞秒激光制备纳米带的方法，其特征在于，包括以下几个步骤：

第一步，在基底上沉积一层待加工薄膜；

第二步，将沉积有所述薄膜的基底放置在可移动的工作台上；

第三步，将单束飞秒激光的能量调节到至所述薄膜材料的烧蚀阈值；

第四步，将飞秒激光经物镜聚焦到所述薄膜表面，移动工作台，使飞秒激光根据预设参数扫描所述薄膜表面，使扫描的区域烧蚀掉，而未扫描的区域剥离而形成纳米带。

2.根据权利要求1所述的利用飞秒激光制备纳米带的方法，其特征在于，所述未扫描的区域为预设形状或者宽度的纳米带。

3.根据权利要求1所述的利用飞秒激光制备纳米带的方法，其特征在于，所述基底为玻璃或半导体。

4.根据权利要求1所述的利用飞秒激光制备纳米带的方法，其特征在于，所述薄膜为金属膜、半导体膜或者介质膜。

5.根据权利要求4所述的利用飞秒激光制备纳米带的方法，其特征在于，所述待加工薄膜厚度为10～100nm。

6.根据权利要求1至5任一项所述的利用飞秒激光制备纳米带的方法，其特征在于，所述飞秒激光的参数为：脉宽1～1000fs，波长200～2100nm，重复频率1～1mhz。

技术总结
本发明公开一种利用飞秒激光制备纳米带的方法，包括以下几个步骤：第一步，在基底上沉积一层待加工薄膜；第二步，将沉积有所述薄膜的基底放置在可移动的工作台上；第三步，将单束飞秒激光的能量调节到至所述薄膜材料的烧蚀阈值；第四步，将飞秒激光经物镜聚焦到所述薄膜表面，移动工作台，使飞秒激光根据预设参数扫描所述薄膜表面，使扫描的区域烧蚀掉，而未扫描的区域剥离而形成纳米带。本发明所提供的纳米带制备方法，克服了传统方法制备纳米带形状单一的不足，利用飞秒激光灵活的三维加工特性，通过飞秒激光的冷加工特征对薄膜进行烧蚀，可以制备出根据程序预先设定任意形状的纳米带。

技术研发人员：赵全忠
受保护的技术使用者：南京萃智激光应用技术研究院有限公司
技术研发日：2020.06.16
技术公布日：2020.09.18