双光子激光三维微细加工及信息存储技术

利用具有极高脉冲光强的飞秒激光器和对光束进行强聚焦的显微镜装置可以制造具有亚微米精度的三维微器件以及进行三维高密度信息存储.文本介绍了自行开发的双光子微细加工系统以及三维高密度信息存储系统,以及用该系统进行三维光学微细加工及三维光学信息存储的实验情况,给出了部分利用已建立的加工系统所获得的初步实验结果.     

飞秒激光双光子制造生物微器件微支架

介绍了飞秒激光双光子吸收和光聚合的机制,将飞秒激光技术应用于生物相容性材料(ORMOCER)的三维微纳米加工中.在ORMOCER材料内实现了双光子光聚合,最高加工精度达到0.5 μm,突破了衍射极限.推导出双光子光聚合阈值的数学表达式,研究了扫描速度V和激光功率P对横向尺寸的影响规律.在此基础上采用飞秒激光双光子微细加工技术制备了典型的微生物器件--微井阵列、微柱阵列和光子晶体生物微型支架.     

双光子激光三维微细加工及信息存储技术

利用具有极高脉冲光强的飞秒激光器和对光束进行强聚焦的显微镜装置可以制造具有亚微米精度的三维微器件以及进行三维高密度信息存储。文本介绍了自行开发的双光子微细加工系统以及三维高密度信息存储系统 ,以及用该系统进行三维光学微细加工及三维光学信息存储的实验情况 ,给出了部分利用已建立的加工系统所获得的初步实验结果     

双光子激光三维微细加工及信息存储技术

利用具有极高脉冲光强的飞秒激光器和对光束进行强聚焦的显微镜装置可以制造具有亚微米精度的三维微器件以及进行三维高密度信息存储。文本介绍了自行开发的双光子微细加工系统以及三维高密度信息存储系统，以及用该系统进行三维光学微细加工及三维光学信息存储的实验情况，给出了部分利用已建立的加工系统所获得的初步实验结果。     

可见光波段飞秒激光双光子微纳加工

基于矢量衍射理论,计算了多个可见光波段激光经紧聚焦后在焦点附近的双光子点扩散函数。计算结果表明,双光子吸收效应的作用区域随着波长的减小而减小。采用多个可见光波段飞秒激光光源进行了双光子光聚合加工,并对加工分辨率和加工阈值进行了分析.实验结果表明,在每个激光波长条件下,降低光子流密度能够提高加工分辨率;随着加工波长的减小,双光子跃迁过程逐渐满足近共振跃迁条件,双光子吸收几率逐渐增大,双光子加工的阈值逐渐降低。     

飞秒激光双光子微细结构的制备

基于双光子吸收引发的光聚合局限在紧密聚焦的焦点区域的原理,建立了飞秒激光三维微细加工系统;结合高斯光束的强度分布函数,推导了横向与轴向分辨率的表达式。在ORMOCER材料内实现了双光子光聚合,最高加工精度达到0.7μm。研究表明,加工线宽随功率增加而增加,随加工速度增加而减小;确定了波束腰为0.425μm,双光子吸收截面为2×10-54cm4.s。采用双光子光聚合技术,加工了齿宽5μm的实体微型齿轮,制备三维木堆型光子晶体结构,分辨率为1.1μm,杆间距和层间距均为5μm,实现了飞秒双光子光子晶体结构的制备。     

双光子三维微细加工的分辨率研究

为了改善双光子加工的成型精度和微器件的质量，提高加工系统的分辨率是十分重要的。根据自由基类光聚合材料双光子加工分辨率的理论分析，提出等光强面概念，并在此基础上讨论了激发光强与系统加工分辨率之间的关系。通过不同光强条件下双光子三维加工固化单元的实验，验证了等光强面和系统分辨率之间的对应关系，并分析了出现微小差异的原因。根据上述理论模型，可以估算一定实验条件下系统可实现的加工分辨率，优化加工工艺参数。最后给出了部分微器件的成型结果。     

微光刻与微/纳米加工技术

介绍了微电子技术的关键工艺技术——微光刻与微/纳米加工技术,回顾了中国制版光刻与微/纳米加工技术的发展历程与现状,讨论了微光刻与微/纳米加工技术面临的挑战与需要解决的关键技术问题,并介绍了光学光刻分辨率增强技术、下一代光刻技术、可制造性设计技术、纳米结构图形加工技术与纳米CMOS器件研究等问题。近年来,中国科学院微电子研究所通过光学光刻系统的分辨率增强技术(RET),实现亚波长纳米结构图形的制造,并通过应用光学光刻系统和电子束光刻系统之间的匹配与混合光刻技术及纳米结构图形加工技术成功研制了20～50nm CMOS器件和100nm HEMT器件。     

用于三维光学信息存储和微细加工研究的共焦激光扫描荧光显微镜

目前，利用双光子及共聚焦显微镜来进行三维光学高密度信息存储及三维光学微细加工正逐渐成为信息存储、微型电子器件和光子器件研究的重要方法。共焦光学系统具有三维分层扫描成像的能力，能有效地避免邻层的干扰，并与CD播放机有极好的兼容性，因而成为重要的三维光学数据读出方法。     

可见光波段飞秒激光双光子微纳加工研究

基于矢量衍射理论,计算了多个可见光波段激光经紧聚焦后在焦点附近的双光子点扩散函数。计算结果表明,双光子吸收效应的作用区域随着波长的减小而减小。采用多个可见光波段飞秒激光光源进行了双光子光聚合加工,并对加工分辨率和加工阈值进行了分析。实验结果表明,在每个激光波长条件下,降低光子流密度能够提高加工分辨率;随着加工波长的减小,双光子加工的阈值逐渐降低。     

SU-8胶双光子微加工分辨率与工艺条件研究

为了提高SU-8光刻胶的微加工分辨率,利用飞秒激光双光子聚合技术研究了SU-8光刻胶微加工时的加工工艺条件与分辨率之间的关系.实验在本研究组自主研制的纳米光子学超细微加工系统上进行,以钛蓝宝石飞秒激光器发出的780 nm波长激光作为加工光源,考察了不同激光功率与曝光时间等激光加工条件和后烤与无后烤等工艺条件对SU-8聚...     

飞秒激光双光子聚合加工微纳结构

针对微/纳机电系统（MEMS/NEMS）零部件加工制造难题,研究具有亚衍射极限空间分辨率的飞秒激光双光子聚合加工方法,搭建钛蓝宝石飞秒激光微纳加工系统,对液态聚合物材料进行飞秒激光双光子聚合加工工艺试验研究。结果表明:随着激光功率的降低,单个固化点的尺寸减小,加工分辨率提高;扫描步距减小,所加工工件的表面粗糙度数值减小,但加工效率降低。基于CAD软件设计出微米墙和纳米线构成的三维微纳结构,利用飞秒激光双光子聚合加工得到该三维微纳结构实物,通过优化工艺参数加工出直径小于100 nm的纳米线,从而证明飞秒激光双光子聚合加工方法为微/纳器件的制造提供了一种有效方法。     

Carbazole-Based Anion Ionic Water-Soluble Two-Photon Initiator for Achieving 3D Hydrogel Structures

3D hydrogel structures fabricated by two-photon polymerization (TPP) have become attractive in biomedical fields. Generally, conventional organic solvents are toxic and the residues left in the fabricated 3D structures are harmful to cells. Hence, anion ionic carbazole-based water-soluble two-photon initiator (TPI) 3,6-bis[2-(1-methylpyridinium)vinyl]-9-methylcarbazole ditosylate (BT) is proposed to construct arbitrary 3D hydrogel structures. Cucurbit[7]uril (CB7) and BT form a host-guest complex (CB7/BT) with a binding ratio of 1:1, which further improves the water solubility, biocompatibility and nonlinear absorption property of TPI. A water-soluble photoresist consisting of photoinitiator CB7/BT and monomer poly(ethylene glycol) diacrylate is prepared to explore the TPP fabrication capacity. The electron paramagnetic resonance measurement shows that CB7/BT initiates photopolymerization by alkyl radicals. The laser threshold power of the photoresist is 6.3 mW and the feature size is 127 nm in TPP at 780 nm. The initiator with p-toluenesulfonate anion exhibits higher binding energy, larger two-photon absorption cross-section and two-photon fabrication resolution compared with the previous work using iodide as an anion, indicating a promising way to improve the fabrication capacity of water-soluble TPI through changing the anion ionic group. The proposed strategy will provide high potential for the further application in the biomedical field.     

激光化学半导体工艺及其应用

激光化学半导体技术及其在半导体器件和集成电路制备中的应用是过去10年半导体微细加工领域中最引人注目的研究课题之一。本文综述了这种技术的基本原理、特点和加工方法,重点介绍了它在半导体器件和集成电路制备中的应用,最后展望了它的今后发展方向。     

三维微结构制作现状与进展

随着微机电系统(MEMS)的深入研究和快速发展,三维微细加工技术对于微机电的开发和生产具有非常重要的意义.详细介绍了现阶段三维微结构各种制作方法和工艺技术,分析了其原理和特点,比较了各种方法的优劣;讨论了三维微结构开发现状及有待解决的关键技术,综述了利用电子束曝光技术进行三维微结构制作的应用现状并指出了其发展前景.     

应用飞秒激光双光子吸收还原金属离子

为了探讨利用有机高分子材料的飞秒激光双光子吸收来引发金属离子还原的可行性,在自行研制的双光子微细加工系统中,采用物质的量的比为1:1的硝酸银/聚乙烯吡咯烷酮混和凝胶进行还原试验,加工出宽25μm的线条以及4mm×0.4mm的测试导线。由X射线光电子能谱分析可知,加工生成物主要元素是银,通过测试导线电阻,测算其电阻率范围在10-3Ω·m～10-5Ω·m之间。结果表明,用双光子吸收还原金属离子,可以控制反应区域,这对加工导电金属微结构是有帮助的。     

纳米间隙电极的制备及应用

综述了国内外纳米间隙电极的制备方法,其中主要包括扫描隧道显微镜法、Hg滴法、机械断裂法、微加工法、电迁移法、电化学法等,对每种方法的制备过程及原理进行了较详细的介绍;对每种纳米间隙电极在分子电子学方面的应用,特别是对利用纳米间隙电极测定单分子的I-V性质、制作分子整流器和分子晶体管等工作做了简单介绍。突出了纳米间隙电极在分子器件研究中的重要作用;最后讨论了分子电子学所面临的一些问题并对该领域的发展方向作出了展望。