Lejżers ultraveloċi (picosekondi jew femtosekondi) jintużaw dejjem aktar fl-ipproċessar tal-mudelli tal-films għall-iżvilupp u l-produzzjoni ta 'apparat mikroelettroniku u nanoelettroniku. L-applikazzjonijiet tal-prodotti tagħha jinkludu ċelloli fotovoltajċi, wirjiet, sensuri, jew prodotti elettroniċi organiċi ta 'format kbir. Il-vantaġġi ewlenin tal-lejżers ultraveloċi jinkludu effett termiku limitat u ħela ta 'enerġija mgħaġġla, li tgħin biex tirrealizzadisinnproċessar ta 'strutturi kumplessi ta' films b'ħafna saffi b'ħafna saffi.
Il-miġja ta 'l-era tan-nanomaterjali tipprovdi possibbiltajiet ta' proċessar ġodda għal tagħmir ta 'veloċità għolja, b'effiċjenza għolja u tagħmir minjaturizzat. Madankollu, l-ipproċessar ta 'nanomaterjali ġodda bħal dawn bi ħxuna baxxa daqs saff atomiku wieħed huwa teknikament ta' sfida kbira. Dan l-artikolu jiddeskrivi l-applikazzjoni ta 'lejżers ultraveloċi għall-ipproċessar tal-kulur ta' kannizzata tal-karbonju b'żewġ dimensjonijiet fuq livell atomiku, jiġifieri l-grafena.
Grafen u radjazzjoni bil-lejżer
Fl-aħħar għaxar snin, il-grafena ġibdet ħafna attenzjoni minħabba l-proprjetajiet uniċi tagħha u l-applikazzjoni tagħha f'diversi oqsma inklużi ċelloli fotovoltajċi, opto-elettronika, sensers, reazzjonijiet kimiċi, u ħażna ta 'enerġija. L-industrija żviluppat suċċessivament varjetà ta 'teknoloġiji bbażati fuq il-grafena bbażati fuq metodi tradizzjonali bħall-mikroelettronika tas-silikon. L-ipproċessar tal-lejżer għadu kif intuża fl-iżvilupp tat-tagħmir tal-grafena, iżda wera potenzjal kbir. It-travi tal-lejżer jistgħu jintużaw biex iwettqu diversi trattamenti fuq il-grafena, inkluż it-tkabbir tal-grafena assistit bil-lejżer u l-ablazzjoni tal-mudelli fuq substrati differenti.
Lejżers ultraveloċi jistgħu jużaw proċess ta 'lejżer bil-miktub dirett f'pass wieħed, biex jissostitwixxi l-proċess ta' fotolitografija b'ħafna stadji. Dan huwa proċess vitali u ta 'benefiċċju estrem biex jiġu evitati kwalunkwe impuritajiet iffurmati fuq il-wiċċ tal-grafena minħabba l-ipproċessar imxarrab.
Ablazzjoni tal-mudell tal-graffen
Għalkemm il-ħxuna hija ħoxna biss bħala waħda jew ftit monomasti atomiċi, ir-rata ta 'assorbiment tad-dawl tal-grafena hija relattivament għolja fi tieqa ta' spettru elettromanjetiku wiesa '. Għal grafena sospiża b'saff wieħed, il-valur preċiż tal-kejl tad-dawl viżibbli huwa 2.3%. Barra minn hekk, skont il-proprjetajiet tas-sottostrat u l-wiċċ tat-twaħħil, l-assorbiment tal-grafena fuq sottostrat speċifiku jista 'jkun saħansitra 10 darbiet ogħla. Meta tuża lasers ultraveloċi b'densità għolja ta 'fotoni, ir-rata ta' assorbiment tista 'titjieb aktar.
Figura 1: Eżempju ta 'ablazzjoni bil-lejżer ta' mudelli ta 'grafena fuq skala kbira.
Dan jipprovdi l-possibbiltà għal ablazzjoni bil-lejżer preċiża u effiċjenti tal-graphene (Figura 1). Applikazzjonijiet elettroniċi spiss jirrikjedu li l-grafena titqiegħed fuq ossidu tas-silikon imkabbar termalment fuq is-sottostrat tas-silikon. F'din l-istruttura, il-prestazzjoni ta 'assorbiment ta' effiċjenza għolja tal-grafena tiżgura li l-grafena tista 'tiġi pproċessata permezz ta' ablazzjoni tal-lejżer mingħajr ma tagħmel ħsara lis-silikon jew lill-ossidu tas-silikon.
Peress li l-ħxuna tal-graphene hija fil-livell atomiku, huwa possibbli li tuża metodu ta 'ablazzjoni b'qatla waħda biex tqassar it-total tal-ħin tal-ipproċessar. Daqsijiet tal-karatteristika ta '1μJista 'jinkiseb m jew saħansitra irqaq, u l-ipproċessar multiphoton indott bil-lejżer jista' jintuża biex tinkiseb riżoluzzjoni ta 'sub-wavelength.
Il-fotokimika tal-grafena
L-ipproċessar fotokimiku tal-wiċċ tal-materjal huwa metodu magħruf. Taħt radjazzjoni tad-dawl ultravjola, minħabba l-bidla fil-fażi interna jew ir-reazzjoni mal-ambjent tal-madwar (gass, fwar u likwidu), il-proprjetajiet tal-materjal jinbidlu. L-iktar applikazzjoni komuni li tuża l-proprjetajiet fotokimiċi tal-ipproċessar tal-lejżer hija l-proċess tal-manifattura tal-addittiv tal-polimerizzazzjoni multiphoton billi tuża r-radjazzjoni tal-lejżer. Jipprovdi għodod tal-ipproċessar uniċi għall-ipproċessar kimiku 3D ta 'polimeri u komposti. L-istess jgħodd għall-grafena bbażata fuq il-karbonju li tista 'wkoll tkun modifikata kimikament permezz ta' ossidazzjoni UV qawwija.
Il-grafene huwa materjal uniku irrispettivament mill-proprjetajiet elettroniċi jew mill-proprjetajiet ottiċi tiegħu. Il-grafena vverifikat effetti ottiċi mhux lineari, bħall-assorbiment ta 'multiphoton, il-ġenerazzjoni tal-plażma (il-plażma hija l-eċċitazzjoni kollettiva ta'" elettroniku; fluwidi" f'materjali konduttivi), Q-switching, eċċ. Billi tesplora dawn l-effetti ottiċi mhux lineari, huwa mistenni dik id-dawl viżibbli ta 'intensità għolja tista' tintuża biex tbiddel il-proprjetajiet kimiċi u ottiċi tal-grafena. Il-Figura 2 turi reazzjoni tipika ta 'ossidazzjoni lokali tal-graphene bl-użu ta' laser ultrafast ta '515nm f'atmosfera ta' ossiġnu / ilma.
Figura 2: Mikrografija elettronika ta 'strixxi ta' ossidazzjoni tal-graphene.
Ir-riżultat hu li tista 'tipproduċi struttura ħielsa b'riżoluzzjoni ta' sub-mikron (l-ebda traċċa) f'metodu ta 'proċessar b'veloċità għolja (bi skaner ottiku tradizzjonali b'veloċità ta' proċessar ta 'sa bosta metri kull sekonda). Għandu karatteristiċi tas-superfiċje bħal bidla estrema u differenza fil-konduttività, li jikseb manuvrabbiltà ħafifa u tixrib. Dan ir-riżultat huwa utli ħafna, u jista 'jiżviluppa malajr varjetà ta' tagħmir jew apparat użat fl-oqsma bijoloġiċi, ta 'sigurtà jew ta' komunikazzjoni.
Il-karatteristiċi tekniċi varji tal-grafena jaqbżu sew il-materjali tradizzjonali ta 'stat solidu użati fl-elettronika, sistemi mikro-elettromekkaniċi (MEMS) u sistemi mikro-opto-elettromekkaniċi (MOEMS) illum. Dawn il-fatturi l-ġodda jeħtieġ li jiġu esplorati aktar biex jippermettu l-użu ta 'proċessar bil-lejżer sabiex jinkisbu teknoloġiji bi skala akbar, veloċità aktar mgħaġġla, riproduċibilità ogħla, u purità aħjar sabiex jiġi integrat grafene f'pjattaformi mikroelettroniċi ġodda.