Construction of non-thermal ultra-fine processing using double-pulse UV lasers

双脉冲紫外激光器非热超精细加工的构建

• 批准号: 22K04766
• 负责人: 草場 光博
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Osaka Sangyo University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K04766/
• 关键词: ナノ秒紫外レーザー; 非熱的加工; ダブルパルス

超スマート社会の実現に向け高性能かつ精密な電子デバイス開発が行われており、同時にレーザー加工技術もより精密な超微細加工が要求されている。半導体材料への加工は、機械的衝撃や熱による物理化学的性質を損なわず、容易に微小領域の加工ができる方法が必要不可欠である。そこで今までに解明してきたナノ秒紫外レーザーによる半導体材料表面への非熱的微細構造形成の結果を基に、超解像顕微鏡で利用されているコヒーレント相互作用技術を利用し、2台のナノ秒紫外レーザー（エキシマレーザー）を組み合わせた超微細加工システムを構築し、従来のレーザー加工では達成できていない回折限界を超えた10nm程度の超微細加工を目指す。令和4年度は、現有のXeClエキシマレーザー（発振波長308nm）加工システムに2台目のレーザーとしてKrFエキシマレーザー（発振波長248nm）を組み込むべく、KrFエキシマレーザーを用いたレーザー加工システムの光学系を設計・製作を行った。この加工システムを用いてAlのアブレーション閾値を測定したところ、アブレーション閾値（融解閾値）が約0.93[J/cm^2]であることが分かった。また、ナノ周期構造形成の機構の解明のため電磁粒子シミュレーションを行った。周期構造のレーザー強度依存性および構造形成の時間変化について解析した。レーザー波長800nmのフェムト秒レーザーについて、レーザー強度を1X10^15 から5X10^16 [W/cm^2・μm^2]まで変化させたときのナノ周期構造について解析したところ、レーザー強度が2X10^15 から5X10^16 [W/cm^2・μm^2]において周期間隔が約400nmのナノ構造が形成されることが分かった。また、ナノ構造形成の時間変化を解析したところ、レーザー照射開始から500fsまでは時間経過とともに周期間隔が長くなっていくことが分かった。

正在开发高性能和精确的电子设备来实现超级智能社会，同时，还需要激光处理技术来实现更精确的超细加工。在处理半导体材料时，可以轻松处理小区域的方法至关重要，而不会损害机械冲击或热量引起的理化特性。 Therefore, based on the results of the formation of non-thermal microstructures on the surface of semiconductor materials using nanosecond ultraviolet lasers that have been clarified so far, we have constructed an ultra-fine machining system that combines two nanosecond ultraviolet lasers (excimer lasers), using the coherent interaction technology used in super-resolution microscopes, and aims to achieve ultra-fine machining大约10 nm，超过了传统激光处理未达到的衍射极限。在2022年，我们使用KRF准分子激光器设计和制造了激光处理系统的光学系统，以将KRF进取激光（振荡波长248 nm）掺入当前的XECL Excimer激光器（振荡波长308 Nm）处理系统中。当使用此处理系统测量AL的消融阈值时，发现消融阈值（熔化阈值）约为0.93 [J/cm^2]。另外，进行电磁颗粒模拟以阐明纳米周期结构形成的机制。分析了周期结构的激光强度和结构形成的时间变化的依赖性。当分析激光强度从1x10^15更改为5x10^16 [w/cm^2・μm^2]时，对femtsosecond激光器的激光器的激光波长为800 nm [w/cm^2μm^2]。此外，分析了纳米结构形成的时间变化表明，从激光照射开始到500 fs，周期间隔随时间增加。

项目成果

パルスレーザによるシリコン太陽電池表面の反射率低減

使用脉冲激光降低硅太阳能电池表面的反射率

• 发表时间: 2022
• 作者: 草場光博;橋田昌樹
• 通讯作者: 橋田昌樹

フェムト秒レーザ照射したAlの接触角と表面形状との関係

飞秒激光照射Al的接触角与表面形状的关系

• 发表时间: 2022
• 作者: 森祐輔;草場光博;橋田昌樹
• 通讯作者: 橋田昌樹