0035]工作过程:
[0036](I)飞秒激光器I产生飞秒激光，脉冲持续时间为35fs，强度分布为高斯分布。激光通过能量调节装置2进行能量调节。
[0037](2)使用计算机9在相位整形器上加载相位图，适当能量的激光通过相位整形器3，对激光的相位进行整形，而激光的强度不改变。此处所加载的相位图如图2左图所示，具有两个相位:即O和31。两个相位所占比例相同。
[0038](3)整形后的激光通过4f系统传递至聚焦物镜，4f系统可以将传递过程中的衍射消除。4f系统由两个完全相同的平凸透镜5，6组成，平凸透镜5距离相位整形器4为I倍焦距；透镜之间距离为2倍焦距；平凸透镜6距离聚焦物镜为I倍焦距。单个透镜焦距为600mmo
[0039](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，双光点光束并排排列，两光束之间形成光强较弱的暗区，如图2右图所示。此实施例中，聚焦物镜使用的是50倍物镜，数值孔径为0.70。
[0040](5)将样品7放置于三维移动平台8上，通过移动位移平台8使得材料表面与焦平面平齐。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。此实施例中，金属膜的种类为金膜，其中，厚度为80nm。
[0041](6)使用计算机9控制三维位移平台8进行控制，使得样品相对双光点光束运动。如图3所示，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。在此实施例中，使用的能量分别为:0.22 μ J、0.36 μJ、0.40 μ Jo
[0042](7)使用电子扫描隧道显微镜对所加工的结果拍摄图片，可得到所加工结果的结构大小。0.22 μ J、0.36 μ J、0.40 μ J所得到的结构尺寸分别为640nm、400nm、280nm。
[0043](8)使用计算机9控制三维位移平台8进行控制，使得样品表面与聚焦平面的相对位置变化，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。
[0044](9)使用电子扫描隧道显微镜对所加工的结果拍摄图片，可得到所加工结果的结构大小。当调节聚焦平面离样品表面分别为8μπι时，线宽可达到ΙΟμπι。可见，该方法可以再较大范围内改变线宽(纳米至微米量级)。
[0045](10)使用半导体测量仪测量所加工结构的电导率，可得达1.16X107S/m，其为对应体材料的1/3.5。相比同类方法具有明显优势。
【主权项】
1.一种非真空无掩膜的高电导率金属纳米线的加工方法，其特征在于:具体步骤如下: 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； 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。
2.实现如权利要求1所述的一种非真空无掩膜的高电导率金属纳米线的加工方法的装置，其特征在于:包括:飞秒激光器(I)、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(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￠);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(I)、相位整形器(3)、三维移动平台(8)均由计算机(9)控制。
3.如权利要求2所述一种非真空无掩膜的高电导率金属纳米线的加工方法的装置，其特征在于:其工作过程的具体步骤如下: (1)飞秒激光器(I)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 ，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^)，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，双光点光束并排排列，两光束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。
【专利摘要】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方法，属于微纳加工领域。该方法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。该方法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。该方法提供了一种可靠、高效、灵活的金属纳米线加工方法。
【IPC分类】B23K26-36, B23K26-064
【公开号】CN104625420
【申请号】CN201410830123
【发明人】姜澜, 王安东, 李晓炜, 刘洋
【申请人】中自高科（苏州）光电有限公司
【公开日】2015年5月20日
【申请日】2014年12月29日