Laser siêu mịn (picogiây hoặc femtoseconds) đang ngày càng được sử dụng trong xử lý mẫu phim cho sự phát triển và sản xuất các thiết bị vi điện tử và điện tử Nano. Các ứng dụng sản phẩm của nó bao gồm các tế bào quang điện, màn hình, cảm biến, hoặc các sản phẩm hữu cơ định dạng lớn. Ưu điểm chính của laser siêu mịn bao gồm hiệu ứng nhiệt hạn chế và tản năng lượng nhanh, giúp nhận raMô hìnhxử lý phức tạp siêu mỏng nhiều lớp cấu trúc phim.
Sự ra đời của thời đại của vật liệu nano cung cấp khả năng xử lý mới cho các thiết bị tốc độ cực kỳ cao, hiệu quả cao và miniaturized. Tuy nhiên, xử lý các vật liệu nano mới như vậy với độ dày thấp như một lớp nguyên tử duy nhất là kỹ thuật cực kỳ khó khăn. Bài viết này mô tả các ứng dụng của laser siêu mịn cho việc xử lý màu của các dạng cacbon hai chiều cấp nguyên tử, cụ thể là Graphene.
Graphene và bức xạ laser
Trong mười năm qua, Graphene đã thu hút được rất nhiều sự chú ý do tính chất độc đáo của nó và ứng dụng của nó trong các lĩnh vực khác nhau bao gồm các tế bào quang điện, nhãn khoa, cảm biến, phản ứng hóa học, và lưu trữ năng lượng. Ngành công nghiệp đã liên tục phát triển một loạt các công nghệ dựa trên Graphene dựa trên phương pháp truyền thống như vi điện tử silicon. Laser chế biến vừa bắt đầu được sử dụng trong sự phát triển của thiết bị Graphene, nhưng nó đã thể hiện tiềm năng lớn. Tia laser có thể được sử dụng để thực hiện các phương pháp điều trị khác nhau trên Graphene, bao gồm cả sự tăng trưởng Graphene Laser hỗ trợ và mô hình Ablation trên chất nền khác nhau.
Laser ultrafast có thể sử dụng một bước duy nhất, trực tiếp-ghi laser quá trình để thay thế quá trình quang học đa bước. Đây là một quá trình quan trọng và cực kỳ có lợi để tránh các tạp chất được hình thành trên bề mặt Graphene do chế biến ướt.
Graphene mô hình Ablation
Mặc dù độ dày chỉ dày như một hoặc một vài monolayers nguyên tử, tỷ lệ hấp thụ ánh sáng của Graphene là tương đối cao trong một cửa sổ quang phổ điện từ rộng. Đối với Graphene đơn lớp bị đình chỉ, giá trị đo chính xác của ánh sáng có thể nhìn thấy là 2,3%. Ngoài ra, tùy thuộc vào các thuộc tính của chất nền và bề mặt liên kết, sự hấp thụ của graphen trên một chất nền cụ thể thậm chí còn cao hơn 10 lần. Khi sử dụng laser siêu mịn với mật độ photon cao, tỷ lệ hấp thụ có thể được cải thiện hơn nữa.
Hình 1: một ví dụ về cắt bỏ laser mô hình Graphene quy mô lớn.
Điều này cung cấp khả năng cắt bỏ laser chính xác và hiệu quả của Graphene (hình 1). Các ứng dụng điện tử thường yêu cầu graphene được đặt trên oxit silic phát triển nhiệt trên đỉnh của một chất nền Silicon. Trong cấu trúc này, hiệu suất hấp thụ hiệu quả cao của Graphene đảm bảo rằng Graphene có thể được xử lý bằng cách cắt bỏ tia laser mà không làm hỏng oxit silic hoặc silic.
Kể từ khi độ dày của Graphene là ở cấp nguyên tử, có thể sử dụng một phương pháp cắt bỏ một shot để rút ngắn thời gian xử lý tổng số. Kích thước tính năng của 1Μm hoặc thậm chí mỏng hơn có thể thu được, và xử lý bằng laser gây ra multiphoton có thể được sử dụng để đạt được độ phân giải bước sóng phụ.
Quang hóa của Graphene
Việc xử lý quang hóa của bề mặt vật liệu là một phương pháp nổi tiếng. Dưới bức xạ ánh sáng cực tím, do sự thay đổi pha bên trong hoặc phản ứng với môi trường xung quanh (khí, hơi và chất lỏng), các tính chất vật liệu sẽ thay đổi. Các ứng dụng phổ biến nhất mà dùng các tính chất quang hóa của laser chế biến là quá trình sản xuất phụ gia của multiphoton trùng hợp sử dụng bức xạ laser. Nó cung cấp các công cụ xử lý độc đáo để xử lý hóa học 3D của polyme và composite. Điều này cũng đúng đối với Graphene dựa trên carbon mà còn có thể được sửa đổi về mặt hóa học bằng cách oxy hoá mạnh UV.
Graphene là một vật liệu độc đáo bất kể thuộc tính điện tử hoặc tính chất quang học. Graphene đã xác minh hiệu ứng quang phi tuyến, chẳng hạn như hấp thụ multiphoton, thế hệ plasma (plasma là kích thích tập thể của "chất lỏng" điện tử trong vật liệu dẫn), Q-chuyển mạch, vv. Bằng cách khám phá các hiệu ứng quang phi tuyến, dự kiến ánh sáng có thể nhìn thấy cường độ cao được sử dụng để thay đổi tính chất hóa học và quang học của Graphene. Hình 2 cho thấy một phản ứng điển hình của quá trình oxy hóa cục bộ của Graphene sử dụng một laser siêu mịn 515nm trong một khí quyển ôxy/nước.
Hình 2: biểu đồ điện tử của các sọc oxy hóa Graphene.
Kết quả là nó có thể tạo ra một cấu trúc miễn phí với độ phân giải Sub-micron (không có dấu vết) trong một phương pháp xử lý tốc độ cao (với một máy quét quang học truyền thống ở tốc độ xử lý lên đến vài mét mỗi giây). Nó có đặc điểm bề mặt như sự khác biệt cực kỳ chuyển đổi và độ dẫn điện, có khả năng cơ động ánh sáng và wettability. Kết quả này rất hữu ích, và có thể nhanh chóng phát triển một loạt các thiết bị hoặc thiết bị được sử dụng trong các lĩnh vực sinh học, an ninh hoặc truyền thông.
Các đặc điểm kỹ thuật khác nhau của Graphene Far vượt qua các vật liệu rắn-nhà nước truyền thống được sử dụng trong điện tử, vi-hệ thống cơ điện (MEMS) và vi-Opto-hệ thống cơ điện (MOEMS) ngày hôm nay. Những tính năng mới này cần được khám phá thêm để cho phép sử dụng xử lý laser để có công nghệ với quy mô lớn hơn, tốc độ nhanh hơn, tính tái tạo cao hơn, và sự tinh khiết tốt hơn để tích hợp Graphene vào các nền tảng vi điện tử mới.