一種基于掃描振鏡快速移動激光焦點的植入方法及裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及表面微細結構加工、激光植入的技術領域，尤其涉及一種基于掃描振鏡快速移動激光焦點的植入方法及裝置。
【背景技術】
[0002]微電路是指具有高密度等效電路元件和(或)部件，并可作為獨立件的微電子器件。微機電系統(MEMS)是指尺寸在幾毫米乃至更小的高科技裝置，其內部結構一般在微米甚至納米量級，是一個獨立的智能系統，主要由傳感器、作動器(執行器)和微能源三大部分組成，具有微型化、智能化、多功能、高集成度和適于大批量生產這幾個特點。在電子、醫學、工業、汽車和航空航天系統方面有著廣泛的應用前景。微流控系統，又稱微流控分析芯片、微全分析系統(yTAS)或芯片實驗室，利用微細加工技術將微通道、微栗、微閥、微反應器、微傳感器、微檢測器等各種功能單元集成在一塊微芯片上，通過控制溶液在其中的流動，來完成生物和化學等領域所涉及的樣品制備、混合、反應、分離、檢測、生化分析等功能的微型分析系統。在生物分析、微量化學分析與檢測，微電子設備冷卻，微小衛星儀態調整，便攜式燃料電池等領域均展現了良好的應用前景。
[0003]連續微結構、特別是連續金屬微結構，在微電路、微細電子元器件、微流控和微機電系統等領域具有重要的應用意義，近年來人們越來越關注激光誘導向前轉移制備金屬連續微結構的方法。Jacob(James A.Grant-Jacob，Benjamin Mills，Matthias Feinaeugleet al.Micron—scale copper wires printed using femtosecond laser-1nducedforward transfer with automated donor replenishment.0ptical Materials Express，2013，3(6): 747-754.)等提出了一種“自動靶材補給技術”，結合“激光誘導向前轉移技術”制備連續金屬微線。在激光脈沖熔融并拋出靶材微團的同時，不斷移動靶材，使后續激光脈沖輻照于新的靶材區域上，并使后續拋出的微團不斷堆疊沉積，形成連續微線，如圖1所示，他們利用這種方法成功在硅基片上制備了數十微米寬、長達數毫米的微銅線。
[0004]為了改善連續結構沉積的均勻性，有學者對液態靶材向前轉移技術進行了研究，“液態靶材向前轉移技術”在透明約束層上涂覆數十微米的液態靶材層，如顆粒懸濁液、高分子溶液、膠體和生物流體等，為了吸收激光能量，液態靶材之上往往需要制備吸收層(犧牲層)(如圖2 (a))，或者在靶材內添加光能吸收材料，以吸收激光能量，提供拋出靶材所需的推動力。采用犧牲層的另一個好處是，可以保護液態靶材，減少激光的熱作用影響。Florian (C.Floriana，F.Caballero-Lucasa，J.M.Fernandez-Pradasa etal.Conductive silver ink printing through the laser-1nduced forwardtransfertechnique.Applied Surface Science，2015，in press.)等研究了銀墨水的激光誘導向前轉移，用以在基片上沉積微細導線，實驗發現通過液滴重復堆疊所獲得的連續微線，相比固體靶材沉積得到的微線，其均勻性更好，微觀形貌也更為光滑(圖2 (b))。
[0005]激光作用的時間約為毫秒級別，在連續微結構的制備中，需要采用堆疊的方法，反復進行植入處理，毫秒級的時間間隔仍然比較長，這使得“自動靶材補給技術”和“液態靶材向前轉移技術”處理效率較低，并且“自動靶材補給技術”和“液態靶材向前轉移技術”都是使用單一光路進行植入，沒有類似的使用振鏡同時植入的方案。
【發明內容】
[0006]針對現有技術中的不足，本發明解決的技術問題是提出一種雙光路進行植入的基于掃描振鏡快速移動激光焦點的植入方法及裝置，控制激光光束以特定的運動軌跡和掃描速度，快速移動激光焦點，在需要植入微細顆粒的基材表面進行掃描運動，提高大面積連續微結構的植入效率。
[0007]為了解決上述技術問題，本發明實施例提供的基于掃描振鏡快速移動激光焦點的植入方法，包括以下步驟:
51:將基材放置于由靶材顆粒組成的懸濁液中；
52:激光通過可移動透鏡進行調節，然后經過聚焦透鏡將激光進行聚焦；
53:激光束入射到X掃描鏡和Y掃描鏡上；
54:使用控制系統控制X振鏡和Y振鏡的運動，進而控制X掃描鏡和Y掃描鏡的反射角度；
55:X掃描鏡和Y掃描鏡可分別沿X、Y軸掃描，實現激光焦點按照特定的運動軌跡，以特定的掃描速度在基材的表面進行掃描運動，使激光焦點掃描到基材全部待加工的表面；
S6:當聚焦的激光能量大于懸濁液的擊穿閾值時，激光擊穿懸濁液，產生等離子體膨脹輻射出等離子體沖擊波；
57:等離子體消失后誘導產生的空化泡潰滅時也對外輻射出沖擊波；
58:空化泡與基材表面相互作用產生高速微射流；
59:誘導產生的沖擊波以及高速微射流，推動微細顆粒沖擊植入基材。
[0008]為了解決上述技術問題，實施本發明的基于掃描振鏡快速移動激光焦點的植入方法的裝置包括激光器、可移動透鏡、聚焦透鏡、X掃描鏡和Y掃描鏡、X振鏡和Y振鏡、以及控制系統，所述控制系統控制X振鏡和Y振鏡的運動，進而控制X掃描鏡和Y掃描鏡的反射角度，激光器產生的激光通過所述可移動透鏡進行調節，然后經過聚焦透鏡將激光進行聚焦，聚焦后的激光經X掃描鏡和Y掃描鏡反射到放置于由靶材顆粒組成的懸濁液中的基材的表面上。
[0009]本發明實施例提供的基于掃描振鏡快速移動激光焦點的植入方法，具有如下有益效果:
本發明實施例提供的基于掃描振鏡快速移動激光焦點的植入方法和裝置中，控制激光光束以特定的運動軌跡和掃描速度，快速移動激光焦點，在需要植入微細顆粒的基材表面進行掃描運動，提高大面積連續微結構的植入效率；本發明使用控制系統控制X振鏡和Y振鏡的運動，進而控制X掃描鏡和Y掃描鏡的反射角度，這兩個掃描鏡可分別沿X、Y軸掃描，從而實現激光焦點按照特定的運動軌跡，以特定的掃描速度在基材的表面進行掃描運動，使用兩個光路進行植入，保證前后兩次植入周圍的環境一直處于穩定狀態，保證連續微結構的均勻性。本發明的基于掃描振鏡快速移動激光焦點的植入方法使用振鏡將激光反射于基材所需要設定的位置，相鄰兩次植入的區域可以相隔很大，前后兩次植入的周圍環境一直處于穩定狀態，提高植入效率，保證連續微結構的均勻性。本發明采用了振鏡技術，控制激光焦點按照特定的運動軌跡和掃描速度，在基材需要植入微細顆粒的表面進行掃描運動，所以提高了植入效率；懸濁液不斷提供植入所需要的靶材，保證了連續微結構的均勻性；振鏡快速移動激光焦點，保證