专注激光打标设备研发与生产提供一站式非标自动化定制方案

24小时服务热线0512-68561848

24小时服务热线13584867938

威斯迈终身维护增值技术指导

热搜关键词: 激光打标机哪家好 二氧化碳激光打标机价格 光纤激光打标机报价 激光打标机价格

紫外激光刻蚀TCO材料应用介绍

来源: | 发布日期:2022-06-22

随着对小型电子产品和微电子元件需求的不断增加,紫外激光是加工广泛应用于微电子元件的塑料和金属的理想工具。固体激光器的最新技术推动了新一代紧凑型全固态紫外激光器的发展,使其成为该领域更经济有效的加工方法。

1.紫外激光的产生

从1064nm Nd∶ YAG激光的三次谐波中获得35nm紫外激光。具体技术途径是在二次谐波晶体腔内将1064nm基波倍频产生532nm二次谐波,基波和谐波在三次谐波晶体腔内混合产生355nm三次谐波。

1,1简单理论

三次谐波的产生分为两部分。在第一晶体中,部分1064纳米的基本辐射被转换成二次谐波(532纳米);然后,在第二晶体中,未转换的基波辐射和二次谐波的和频产生三次谐波。非线性晶体中的混频方程为:

1

 

这里的Ej项是频率为ωj的波在Z方向传播的综合电矢量,ω3=ω1+ω2,波J的电场是Ejexp(iωjt-ikjz)的实部,相位失配K = K3-(K1+K2)与光路在相位匹配方向的偏差θ成正比,γ1项是吸收系数。三倍频有ω2=2ω1,ω3=3ω1,K2≈2K1,K3≈3K1。为了提高倍频效率和和频光的功率输出,应尽量满足相位匹配条件:k = 0。设参数s为三次谐波晶体中二次谐波功率与总功率的比值;

2

如果ω和2ω的光子匹配为1:1,则有Pω+P2ω,S=0.67。理论上,在小信号近似的情况下,输入光束可以转换成三次谐波。
1,2实验装置
实验装置如图1所示。Nd:YVO4晶体由A轴切割,掺1% Nd,尺寸为3mm×3mm×2mm。一面镀1064nm/532nm双波长高反膜作为输入镜,另一面镀808nm增透膜。输出镜M的曲率半径为100mm,凹面镀1064nm/532nm高反射膜和355nm减反射膜,平面镀355nm高透射膜。

2

 

第二倍频晶体为KTP,θ= 90°,φ= 23.5°,按ⅱ类临界相位匹配切割,尺寸为2mm×2mm×10mm,两端面镀有1064nm/532nm双色增透膜。I类临界相位匹配LBO,θ= 42.6°,φ= 90°,倍频晶体尺寸为3mm×3mm×12mm,两端面镀有1064nm/532nm/355nm三色增透膜。第二和第三倍频晶体的放置应符合光波的偏振匹配条件。如图2所示,Nd:YVO4,KTP,LBO由冰箱控制。用coherent公司生产的功率计LabMaster Ultima P540和LM-UV2紫外检测器测量紫外激光的功率。
2.紫外激光加工的特点
紫外激光除了具有激光的一般特性外,还具有一些与紫外波长相对应的特性,这使得紫外激光在许多材料的加工中有着重要的应用。

2、1紫外激光加工原理

与通常通过产生集中的局部加热来熔化或蒸发物质的红外线或可见光不同,紫外线处理本质上不是热处理。紫外激光的波长在0.4um以下,大多数材料比红外光更容易吸收紫外光。高能紫外光子直接破坏材料表面原子间的键。经过这种“冷”光刻处理的部件具有光滑的边缘和最小的碳化。

3

图 3 激光与材料作用的示意图

2、2紫外激光加工的优点:

(1)紫外激光波长短,可以加工非常小的零件。紫外激光的波长在0.4um以下,因为会聚光斑的最小直径与光的波长成正比(由于衍射)。激光的波长越短,聚焦的能量越集中。因此,更短的波长意味着更高的空间分辨率。比如钻微通道时,CO2激光钻的最小孔极限是75um,而直径小于25um的通道可以用355nm紫外固态激光加工。
(2)多种材料(如陶瓷、金属、聚合物等。)吸收更多的紫外波段,所以他们可以加工很多红外和可见光激光不能加工的材料。诸如铜的金属对红外光具有高反射性。如果不进行预处理,用CO2激光切割是无效的。
(3)紫外光子直接切断物质分子中原子间的键。或者红外可见光通常通过产生集中的局部加热来熔化或蒸发材料,但是这种加热会对周围区域造成严重的损伤,从而限制了边缘强度和产生小的精细特征的能力。与热加工相比,紫外激光加工可以分解材料并将其去除,因此加工处周围的热损伤和热影响区较小。
而且紫外激光器,尤其是固体紫外激光器的结构越来越紧凑,平均功率高,易于维护,操作简单,成本低,生产率高。
3.紫外激光用于薄膜划线。
3,1激光系统
在实验中,使用两种不同的激光光源进行划线。第一光源是波长为355nm、脉冲宽度为15ns的端面泵浦固体激光器,第二光源是脉冲宽度为8ns、波长为355nm的 端面泵浦固体激光器。两个光源的典型脉冲能量分布是高斯分布。两个光源的功率由外部衰减器调节。为了获得高加工速度,激光束通过扫描透镜传输。
3、2样品处理
处理了两种类型的样品。为了研究烧蚀阈值,在玻璃上沉积一层薄膜。在激光划片的研究中,通过不同的步骤将未完成的太阳能电池沉积在高级玻璃基板上。非晶硅层在MV系统中通过等离子体增强化学气相沉积来沉积,沉积的薄膜层的厚度为500-600nm。商品化的Asahi-U和自制的ITO(SnO2:In2O3)和AZO(ZnO:Al)样品用于TCO单层刻蚀。
3,3测量和表征技术
用徕卡ICM 1000共聚焦激光扫描显微镜测量腐蚀轮廓和形貌特征。扫描电子显微镜和能量色散X射线探测器的轮廓分析图像可以帮助我们更好地理解划片过程中选择性刻蚀的形态特征。
3、4消融阈值的计算
在激光选择性烧蚀过程中,确定合适的能量密度是非常重要的,它可以有效地去除材料而副作用最小。消融阈值非常有助于建立可能的参数窗口。消融阈值通过测量消融孔径的增长值来获得。表1总结了单脉冲消融的消融能量密度。

4

表 1 薄膜材料的烧蚀阈值

 

3、5激光划线工艺
该实验在未抛光的太阳能电池上进行,其中每个激光步骤由适当的沉积层评估。第一步,在玻璃上沉积一层特殊的透明导电氧化物层。在第二步中,在第二透明导电氧化物层上沉积另一层非晶硅。最后,在第三步中,将ZnO: Al的特殊样品放置在衬底结构上作为静态结。
3,5,1第一步,TCO划片
第一步,评估三种TCO:Asahi-U、ITO和AZO。表2显示了实现加工所需的能量密度和脉冲数。图4示出了对应于表2中的激光蚀刻参数的划线的扫描电子显微镜图像。
5

紫外激光

最新资讯