提出了一種在玻璃表面制備嵌入式亞微米金屬線的方法。首先利用飛秒激光直寫技術(shù)在玻璃表面燒蝕出亞微米線寬的凹槽,然后采用連續(xù)流化學(xué)鍍工藝在樣品表面沉積金屬薄膜,再經(jīng)過(guò)熱處理和機(jī)械拋光,可實(shí)現(xiàn)玻璃表面嵌入式亞微米線寬金屬結(jié)構(gòu)的可控制備。將飛秒激光燒蝕的閾值效應(yīng)與連續(xù)流化學(xué)鍍相結(jié)合,可制備出最小線寬約為0.66μm的金屬銀線。四探針?lè)y(cè)試結(jié)果表明,制備的亞微米金屬銀線具有良好的導(dǎo)電性,其電阻率約為體積銀電阻率的1.2倍。 

【文章來(lái)源】：中國(guó)激光. 2020,47(05)北大核心EICSCD

【文章頁(yè)數(shù)】：6 頁(yè)

【部分圖文】：

在石英玻璃表面制備嵌入式亞微米金屬線。

不同脈沖能量激光燒蝕凹槽及機(jī)械拋光后

圖3給出了更詳細(xì)的激光脈沖能量與燒蝕凹槽線寬、機(jī)械拋光后金屬線寬的關(guān)系,可以看到隨著脈沖能量降低,激光燒蝕凹槽線寬和機(jī)械拋光后金屬線寬減小的趨勢(shì)基本一致,而且由于金屬在凹槽內(nèi)及其邊界的沉積,金屬線寬相對(duì)于凹槽本身的線寬有少許增加。線寬增加的可能原因如下:當(dāng)凹槽及其邊界沉積的金屬結(jié)構(gòu)經(jīng)熱處理后,在后續(xù)的機(jī)械拋光過(guò)程中,由于薄膜附著力增大和拋光精度的限制,靠近凹槽邊界的金屬仍會(huì)有少部分存留下來(lái);另外,當(dāng)激光能量大大超過(guò)破壞閾值時(shí),燒蝕出的凹槽邊緣也可能存在不規(guī)則的現(xiàn)象,從而導(dǎo)致線寬增大。值得注意的是,如圖3中插圖所示,當(dāng)脈沖能量降低至0.18 μJ以下時(shí),凹槽線寬已降低至1 μm以下,同時(shí)隨著脈沖能量的降低,線寬減小的趨勢(shì)更加明顯。由此可見(jiàn),飛秒激光加工的閾值效應(yīng)在制備亞微米線寬凹槽及后續(xù)金屬結(jié)構(gòu)中起到了重要作用。為了穩(wěn)定地實(shí)現(xiàn)嵌入式亞微米金屬線的可控制備,除控制激光燒蝕的脈沖能量外,還需要考慮玻璃表面選擇性金屬化的實(shí)現(xiàn)方式。本文利用了連續(xù)流化學(xué)鍍并結(jié)合熱處理及后續(xù)機(jī)械拋光的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)亞微米級(jí)別的選擇性金屬化。需要說(shuō)明的是,在機(jī)械拋光之前的熱處理對(duì)于后續(xù)高電導(dǎo)率和強(qiáng)附著力的亞微米金屬結(jié)構(gòu)的制備具有重要作用。四探針?lè)y(cè)試結(jié)果表明,在同樣條件下進(jìn)行連續(xù)流化學(xué)鍍銀熱處理(600 ℃,2 h)前后的金屬結(jié)構(gòu)的電阻率分別為8.58 μΩ·cm和1.83 μΩ·cm,后者約為體積銀電阻率(1.59 μΩ·cm)的1.2倍。熱處理的引入可將制備出的金屬結(jié)構(gòu)的電阻率降低為未熱處理的1/4.7,其原因主要在于熱處理促進(jìn)了金屬顆粒和顆粒間的熔融結(jié)合和互連,提高了沉積金屬銀膜的致密度,這可從圖4所示的金屬銀表面的形貌變化得到證實(shí)。由圖4(a)、(b)可看出:盡管連續(xù)流化學(xué)鍍可以實(shí)現(xiàn)金屬銀層的大范圍均勻沉積,但是沉積的金屬顆粒和相鄰顆粒間仍存在不少孔隙;而經(jīng)過(guò)熱處理后,如圖4(c)、(d)所示金屬銀層表面的顆粒與顆粒間的孔隙顯著減少,銀層的致密度得到明顯提升。同時(shí),熱處理可以強(qiáng)化金屬銀和玻璃之間的附著力,特別是進(jìn)一步提升凹槽內(nèi)嵌入式沉積金屬的附著力,使其在機(jī)械拋光過(guò)程中不脫落。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]飛秒激光直寫銅微電極研究[J]. 廖嘉寧,王欣達(dá),周興汶,李立航,郭偉,彭鵬.  中國(guó)激光. 2019(10)
[2]飛秒激光光鑷直寫銀微納結(jié)構(gòu)[J]. 陳忠贇,方淦,曹良成,付蕓,曹洪忠,姜肇國(guó),段宣明.  中國(guó)激光. 2018(04)



本文編號(hào)：3584868