玻璃表面嵌入式亞微米金屬線的制備
發(fā)布時間:2022-01-12 13:37
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)流化學鍍工藝在樣品表面沉積金屬薄膜,再經(jīng)過熱處理和機械拋光,可實現(xiàn)玻璃表面嵌入式亞微米線寬金屬結構的可控制備。將飛秒激光燒蝕的閾值效應與連續(xù)流化學鍍相結合,可制備出最小線寬約為0.66μm的金屬銀線。四探針法測試結果表明,制備的亞微米金屬銀線具有良好的導電性,其電阻率約為體積銀電阻率的1.2倍。
【文章來源】:中國激光. 2020,47(05)北大核心EICSCD
【文章頁數(shù)】:6 頁
【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械拋光后
圖3給出了更詳細的激光脈沖能量與燒蝕凹槽線寬、機械拋光后金屬線寬的關系,可以看到隨著脈沖能量降低,激光燒蝕凹槽線寬和機械拋光后金屬線寬減小的趨勢基本一致,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:當凹槽及其邊界沉積的金屬結構經(jīng)熱處理后,在后續(xù)的機械拋光過程中,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有少部分存留下來;另外,當激光能量大大超過破壞閾值時,燒蝕出的凹槽邊緣也可能存在不規(guī)則的現(xiàn)象,從而導致線寬增大。值得注意的是,如圖3中插圖所示,當脈沖能量降低至0.18 μJ以下時,凹槽線寬已降低至1 μm以下,同時隨著脈沖能量的降低,線寬減小的趨勢更加明顯。由此可見,飛秒激光加工的閾值效應在制備亞微米線寬凹槽及后續(xù)金屬結構中起到了重要作用。為了穩(wěn)定地實現(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現(xiàn)方式。本文利用了連續(xù)流化學鍍并結合熱處理及后續(xù)機械拋光的方式來實現(xiàn)亞微米級別的選擇性金屬化。需要說明的是,在機械拋光之前的熱處理對于后續(xù)高電導率和強附著力的亞微米金屬結構的制備具有重要作用。四探針法測試結果表明,在同樣條件下進行連續(xù)流化學鍍銀熱處理(600 ℃,2 h)前后的金屬結構的電阻率分別為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構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了金屬顆粒和顆粒間的熔融結合和互連,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。由圖4(a)、(b)可看出:盡管連續(xù)流化學鍍可以實現(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,熱處理可以強化金屬銀和玻璃之間的附著力,特別是進一步提升凹槽內(nèi)嵌入式沉積金屬的附著力,使其在機械拋光過程中不脫落。
【參考文獻】:
期刊論文
[1]飛秒激光直寫銅微電極研究[J]. 廖嘉寧,王欣達,周興汶,李立航,郭偉,彭鵬. 中國激光. 2019(10)
[2]飛秒激光光鑷直寫銀微納結構[J]. 陳忠贇,方淦,曹良成,付蕓,曹洪忠,姜肇國,段宣明. 中國激光. 2018(04)
本文編號:3584868
【文章來源】:中國激光. 2020,47(05)北大核心EICSCD
【文章頁數(shù)】:6 頁
【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械拋光后
圖3給出了更詳細的激光脈沖能量與燒蝕凹槽線寬、機械拋光后金屬線寬的關系,可以看到隨著脈沖能量降低,激光燒蝕凹槽線寬和機械拋光后金屬線寬減小的趨勢基本一致,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:當凹槽及其邊界沉積的金屬結構經(jīng)熱處理后,在后續(xù)的機械拋光過程中,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有少部分存留下來;另外,當激光能量大大超過破壞閾值時,燒蝕出的凹槽邊緣也可能存在不規(guī)則的現(xiàn)象,從而導致線寬增大。值得注意的是,如圖3中插圖所示,當脈沖能量降低至0.18 μJ以下時,凹槽線寬已降低至1 μm以下,同時隨著脈沖能量的降低,線寬減小的趨勢更加明顯。由此可見,飛秒激光加工的閾值效應在制備亞微米線寬凹槽及后續(xù)金屬結構中起到了重要作用。為了穩(wěn)定地實現(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現(xiàn)方式。本文利用了連續(xù)流化學鍍并結合熱處理及后續(xù)機械拋光的方式來實現(xiàn)亞微米級別的選擇性金屬化。需要說明的是,在機械拋光之前的熱處理對于后續(xù)高電導率和強附著力的亞微米金屬結構的制備具有重要作用。四探針法測試結果表明,在同樣條件下進行連續(xù)流化學鍍銀熱處理(600 ℃,2 h)前后的金屬結構的電阻率分別為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構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了金屬顆粒和顆粒間的熔融結合和互連,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。由圖4(a)、(b)可看出:盡管連續(xù)流化學鍍可以實現(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,熱處理可以強化金屬銀和玻璃之間的附著力,特別是進一步提升凹槽內(nèi)嵌入式沉積金屬的附著力,使其在機械拋光過程中不脫落。
【參考文獻】:
期刊論文
[1]飛秒激光直寫銅微電極研究[J]. 廖嘉寧,王欣達,周興汶,李立航,郭偉,彭鵬. 中國激光. 2019(10)
[2]飛秒激光光鑷直寫銀微納結構[J]. 陳忠贇,方淦,曹良成,付蕓,曹洪忠,姜肇國,段宣明. 中國激光. 2018(04)
本文編號:3584868
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