激光刻蝕的原理及應(yīng)用

2024年3月29日發(fā)(作者：月虹)

激光刻蝕的原理及應(yīng)用

一、激光刻蝕的原理

激光刻蝕是一種常用的微納加工技術(shù)，利用激光的高能量密度和高光純度，通

過短時(shí)間內(nèi)的局部加熱和蒸發(fā)來刻蝕材料表面。其原理可總結(jié)為以下幾點(diǎn)：

1. 能量濃縮：激光束能量經(jīng)過透鏡或其他光學(xué)裝置的聚焦，使得能量

在一定焦點(diǎn)處集中，達(dá)到高能量密度。

2. 光與物質(zhì)相互作用：激光束照射到材料表面時(shí)，光被材料吸收，能

量被傳遞到材料中。

3. 能量轉(zhuǎn)化：被吸收的光能轉(zhuǎn)化為材料內(nèi)部分子或結(jié)晶的熱運(yùn)動(dòng)能量，

導(dǎo)致其溫度升高。

4. 熱膨脹和蒸發(fā)：材料在高溫作用下發(fā)生熱膨脹和表面蒸發(fā)，局部材

料被氣化或剝離。

5. 刻蝕效應(yīng)：經(jīng)過多次激光的照射，材料的表面被不斷剝離，形成所

需的刻蝕效果。

二、激光刻蝕的應(yīng)用

激光刻蝕技術(shù)具有高精度、高效率和非接觸等優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)

域。以下是一些激光刻蝕的典型應(yīng)用：

1. 微電子制造

激光刻蝕技術(shù)在微電子制造中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。通過激光刻蝕，可以在芯片表

面精確地形成電路、通孔等微結(jié)構(gòu)，用于制造集成電路、硅芯片和微電子器件。

2. 納米加工

激光刻蝕可用于納米加工，通過對納米材料進(jìn)行局部處理，實(shí)現(xiàn)納米結(jié)構(gòu)的制

備。例如，在納米光子學(xué)領(lǐng)域，可以使用激光刻蝕技術(shù)制備納米光學(xué)器件，如納米

光波導(dǎo)、納米陣列等。

3. 生物醫(yī)學(xué)

在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，激光刻蝕技術(shù)可以用于生物芯片的制作。通過激光刻蝕，可

以在芯片表面形成微小陣列，用于細(xì)胞培養(yǎng)、蛋白質(zhì)分離等應(yīng)用。

4. 光學(xué)元件制造

激光刻蝕可以制造光學(xué)元件，如光纖耦合器、光學(xué)波導(dǎo)、光柵等。通過激光刻

蝕技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對光學(xué)材料的精密加工，制備出具有特定功能和性能的光學(xué)元件。

5. 微機(jī)電系統(tǒng)制造

微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）是一種結(jié)合微電子技術(shù)和機(jī)械工程技術(shù)的新型集成器件。

激光刻蝕技術(shù)在MEMS制造中起著重要的作用，用于制造微馬達(dá)、壓力傳感器、

加速度計(jì)等微型機(jī)械結(jié)構(gòu)。

6. 表面處理

激光刻蝕可用于表面處理，改變材料表面的形貌和性質(zhì)。例如，在材料加工中，

激光刻蝕可以用于提高材料的附著性、耐磨性和耐腐蝕性。

7. 其他應(yīng)用

除了以上應(yīng)用領(lǐng)域，激光刻蝕還廣泛應(yīng)用于光學(xué)標(biāo)記、導(dǎo)電線路修復(fù)、立體刻

蝕等。隨著激光技術(shù)的不斷發(fā)展，激光刻蝕的應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷拓展。

三、總結(jié)

激光刻蝕是一種常用的微納加工技術(shù)，通過激光束的聚焦和能量轉(zhuǎn)化，實(shí)現(xiàn)對

材料表面的刻蝕。激光刻蝕技術(shù)在微電子制造、納米加工、生物醫(yī)學(xué)、光學(xué)元件制

造、微機(jī)電系統(tǒng)制造等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。隨著激光技術(shù)的不斷進(jìn)步，激光刻蝕

的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)絹碓綇V泛，并找到更多的新應(yīng)用。