一种可实现多种飞秒激光纳米加工图案的方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN111001939A(43)申请公布日2020.04.14(21)申请号201911189281.9(22)申请日2019.11.28(71)申请人长春理工大学地址130022吉林省长春市朝阳区卫星路7989号(72)发明人宋晓伟窦银萍林景全孙雪(51)Int.Cl.B23K26/36(2014.01)B23K26/60(2014.01)B23K26/70(2014.01)权利要求书1页说明书3页附图6页(54)发明名称一种可实现多种飞秒激光纳米加工图案的方法(57)摘要本发明涉及一种可实现多种飞秒激光纳米加工图案的方法，属于纳米结构制备技术领域。本发明包括七个步骤：(1)将清洗后的基底样品做亲水处理后清洗吹干；(2)将纳米粒子溶入不同比例的去离子水和柠檬酸钠的混合溶液，利用搅拌器搅拌均匀；(3)将溶液液体滴在预加工样品表面；(4)利用转盘旋转样品，改变旋涂参数，旋涂金属粒子于样品表面并形成不同厚度的溶液沉积薄膜；(5)把样品置于电阻炉干燥；(6)利用飞秒激光垂直照射制备好的具有纳米颗粒和沉积薄膜的靶材；(7)改变激光参数，实现制备多种纳米加工图案。本发明的方法可以加工出复杂纳米结构，操作简单易行，可大量生产，具有广阔的应用前景。CN111001939ACN111001939A权利要求书1/1页1.一种可实现多种飞秒激光纳米加工图案的方法，其特征在于，包括：将清洗后的硅片置于皮哈拉洗液中浸泡，做亲水处理后清洗吹干；将纳米粒子溶入去离子水和柠檬酸钠的混合溶液，利用搅拌器搅拌均匀；将溶液液体滴在预加工样品表面；利用转盘旋转样品，改变柠檬酸钠填入量和旋涂参数，旋涂金属粒子于样品表面并形成溶液沉积薄膜；把样品置于电阻炉干燥；利用飞秒激光垂直照射制备好的具有纳米颗粒和沉积薄膜的靶材；改变激光参数和所述薄膜参数，实现制备多种纳米加工图案。2.根据权利要求1所述的一种可实现多种飞秒激光纳米加工图案的方法，其特征在于，所述的纳米粒子包括：金、银等金属粒子。3.根据权利要求1所述的一种可实现多种飞秒激光纳米加工图案的方法，其特征在于，所述的滴液量和所述的旋涂参数：旋涂加速度、加速时间、旋涂速度和旋涂时间。4.根据权利要求1所述的一种可实现多种飞秒激光纳米加工图案的方法，其特征在于，所述的样品包括：硅、玻璃和金属等。5.根据权利要求1所述的一种可实现多种飞秒激光纳米加工图案的方法，其特征在于，所述的柠檬酸钠是形成干燥后的沉积薄膜的主要成分，引入旋涂粒子周围新的介电环境，从而改善加工效果。6.根据权利要求1所述的一种可实现多种飞秒激光纳米加工图案的方法，其特征在于，所述的飞秒激光参数包括：飞秒激光脉冲能量密度、中心波长以及偏振。2CN111001939A说明书1/3页一种可实现多种飞秒激光纳米加工图案的方法技术领域[0001]本发明涉及纳米结构制备技术领域，特别是涉及一种可实现多种飞秒激光纳米加工图案的方法。背景技术[0002]近年来金属纳米结构在入射光场的激发下，在其与基底接触点附近产生的局域近电场增强受到广泛关注。金属纳米粒子与基底耦合产生的增强近场可以使得金属纳米结构下的基底发生熔融或者烧蚀，进而导致永久形变。因此以适当能量密度的入射光场辐照可以实现超衍射极限的纳米加工。这一加工方法在微纳米加工领域有着广泛应用，满足现代光电设备微型化对高精度加工的要求。[0003]基于金属纳米粒子近场增强效应的纳米孔加工，激发光源的选择是以飞秒激光为主。这是因为飞秒激光相对皮秒激光或者长脉冲激光有着更低的烧蚀阈值，且能快速实现能量的高效精准累积，减少热缺陷。现有对纳米孔形状和尺度进行调控的研究主要集中于以下三个方面：1、改变飞秒激光参数，比如改变飞秒激光能量密度、偏振态、波长和入射角度等；2、从纳米粒子入手，改变纳米粒子的尺寸和排列方式；3、更换不同的基底材料使其与粒子的近场增强效应实现最佳耦合。但以上研究产生的纳米孔形状过于单一，主要为椭圆形和圆形，不利于纳米加工的工业化推广，因此急需一种实现纳米孔多维调控的加工方法。本实验组通过改变金纳米粒子周围的介电环境，在金纳米粒子周围引入薄介电层，对硅基底内部的近场分布进行调控，并选择适当的飞秒激光通量对其进行激发，应用这一物理过程，产生了蝴蝶状纳米结构和双环状纳米结构。发明内容[0004]本发明针对以往金属纳米粒子辅助飞秒激光在基底表面加工的纳米结构形状单一的不足，提出了一种改变金属纳米粒子周围介电环境，实现多种飞秒激光纳米加工图案的方法。在基底表面孤立排列的金属纳米粒子周围填充薄介电层，影响飞秒激光在基底表面的电场分布，进而在基底表面烧蚀出区别于传统的椭圆形或圆形的超衍射极限纳米尺度结构。这种方法实现了金属纳米粒子辅助飞秒激光超衍射极