一种非真空无掩膜的高电导率金属纳米线的加工方法
【技术领域】
[0001]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方法，属于微纳加工领域。
【背景技术】
[0002]近些年，金属纳米线在微电子领域、等离子体激元学、光电子学以及生物传感领域取得了广泛的运用。由于纳米线的尺寸的减小对集成度、便携度、器件能力具有重要意义，纳米线的加工方法越来越受到重视。传统的加工方法如电子束加工、离子束加工、超紫外光光刻等方法，可以满足尺寸的要求，然而，这些方法对加工环境要求极高:要求在真空条件下加工、操作复杂、在大面积加工方面效率较低，且存在化学物质污染。这些缺陷阻碍了其在纳米线加工方面的运用。
[0003]飞秒激光直写加工是一种非真空无掩膜的加工方法，可以降低对加工环境的要求、操作简单、加工效率高。且其运用于材料加工时，具有重铸层减少、效率较高、阈值稳定、加工范围广等特点。基于飞秒激光的纳米线加工方法包括:飞秒激光烧结纳米粒子的方法、飞秒激光还原硝酸银的方法等。这些方法可以高效率加工出纳米级的金属纳米线。然而，这些方法存在的缺陷是纳米线中存在纳米孔或者间隙，使得加工出的纳米线的电导率较低，均为体材料的十分之一以下。电导率是纳米线的重要特性，低电导率严重阻碍了纳米线在电学领域的运用。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是为了解决现有采用非真空、无掩膜的加工方法制得的纳米线的电导率较低的问题，提供一种非真空无掩膜的高电导率金属纳米线的加工方法。
[0005]本发明的目的是通过下述技术方案实现的。
[0006]一种非真空无掩膜的高电导率金属纳米线的加工方法，具体步骤如下:
[0007]步骤一、使用相位整形器对飞秒激光光束进行整形，形成。该光束由两个强度相同的光点组成，两个光点之间形成光强较弱的暗区；
[0008]步骤二、采用步骤一所得的双光点光束在纳米尺度的金属薄膜进行加工。光强较强的区域会使得薄膜去除，而两个光点之间的暗区由于光强较弱而保留，移动光束可形成纳米线。
[0009]实现该方法的装置包括:飞秒激光器、能量调节装置、相位整形器、第一平凸透镜，第二平凸透镜、聚焦物镜、镀膜样品、三维移动平台、计算机。
[0010]连接关系:飞秒激光器产生飞秒激光脉冲，通过能量调节装置调节能量；其后通过相位整形器进行相位整形；整形后的光束经过第一平凸透镜及第二平凸透镜组成的4f系统后进入聚焦物镜；光束经聚焦物镜聚焦至镀膜样品表面进行加工；镀膜样品放置于三维移动平台上；飞秒激光器、相位整形器、三维移动平台均由计算机控制。
[0011]工作过程:
[0012](I)飞秒激光器产生飞秒激光，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。
[0013](2)激光通过相位整形器，对激光的相位进行整形使得激光光束左右的相位相差，此过程不改变激光的强度。
[0014](3)整形后的激光通过4f系统(由两个平凸透镜组成)传递至聚焦物镜，4f系统可以将传递过程中的衍射消除。
[0015](4)相位整形光束经过聚焦物镜后，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，双光点光束并排排列，两光束之间形成光强较弱的暗区。
[0016](5)将镀膜样品放置于三维移动平台上，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。
[0017](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。
[0018](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。
[0019]有益效果
[0020]1、本发明的一种非真空无掩膜的高电导率金属纳米线的加工方法，在非真空、无掩膜前提下，加工出的纳米线内部不存在纳米间隙，因而电导率较高；
[0021]2、本发明的一种非真空无掩膜的高电导率金属纳米线的加工方法，采用非真空、无掩膜的加工工艺，可以提高纳米线的加工效率、降低加工成本；
[0022]3、本发明的一种非真空无掩膜的高电导率金属纳米线的加工方法，加工纳米线尺寸可达到纳米尺度，可以满足日益增长的对器件的集成度、便携度的要求；
[0023]4、本发明的一种非真空无掩膜的高电导率金属纳米线的加工方法，可以通过调节聚焦平面与样品的距离，大幅度调节纳米线的宽度，宽度可达微米量级。
【附图说明】
[0024]图1为本发明专利的一个实施例的结构示意图；
[0025]图2为相位分布及双光点光束的强度分布图；
[0026]图3为加工过程示意图。
[0027]其中1-飞秒激光器、2-能量调节装置、3-相位整形器、4-第一平凸透镜，5-第二平凸透镜、6-聚焦物镜、7-镀膜样品、8-三维移动平台、9-计算机。
【具体实施方式】
[0028]下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
[0029]实施例1
[0030]一种非真空无掩膜的高电导率金属纳米线的加工方法，具体步骤如下:
[0031]步骤一、使用相位整形器对飞秒激光光束进行整形，形成双光点光束。该光束由两个强度相同的光点组成，两个光点之间形成光强较弱的暗区；
[0032]步骤二、使用整形后的光束在纳米尺度的金属薄膜进行加工。光强较强的区域会使得薄膜去除，而两个光点之间的暗区由于光强较弱而保留，移动光束可形成纳米线。
[0033]实现该方法的装置包括: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。
[0034]连接关系:飞秒激光器I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。
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