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微尺度激光蚀刻为微型芯片电路刻制提供新思路

    就像在太阳光下用聚光镜聚光一样的方式,普林斯顿大学的激光蚀刻系统几乎可以对所有东西的表面进行纳米级的阵列图案刻制。


    随着电路小型化的趋势,许多工程师都致力于压缩微电子芯片电路规模的工作中。微电子电路是刻在绝缘体衬底上的电路阵列,这些阵列构成了电子线路庞大电学或光学部件。目前各种形式的电路阵列蚀刻技术被广泛地应用在工程领域,能够将复杂的电路刻制到空白芯片的表面上。与此同时,新的设计思想也在不断改进着这些蚀刻方式。该研究领域看上去有很大的发展前途。


    近来,普林斯顿大学的两位工程师提出了一种具有较强鲁棒性的微芯片表面阵列蚀刻技术。这两人是医学工程、航空工程副教授Craig Arnold,以及他的研究生Euan Mcleod。该项技术通过两个激光器、一些水和一个非常小的塑料透镜来完成整个蚀刻过程。虽然两位发明者并没有强调该技术一定要用塑料聚光镜将激光会聚到芯片表面,但指出必须用一个球形聚光器来会聚激光。


    其他形式的激光蚀刻技术,例如电子束蚀刻技术,也具有非常好的蚀刻能力。和普林斯顿大学这两位工程师的系统相比,蚀刻效果可以说是不相上下。但是,如果目标表面是不规则的话,这些蚀刻方法都需要在氧气氛围和无振动环境下才能完成蚀刻任务。然而,这两位工程师的阵列蚀刻系统完全可以在普通环境下对不规则材料表面进行刻制工艺。这为工程应用提供了一种适用范围广的阵列蚀刻方法,可以在生物活性材料、硅质材料和其他一些无机材料上进行阵列刻制。


    Arnold和McLeod的系统应用了两个激光器来战胜该难题。首先,将第一个大功率激光器直射到位置固定而且和待蚀刻表面平行的聚光镜上;然后,在保持聚焦镜和蚀刻表面距离不变的情况下,上下移动聚光镜来追踪待蚀刻物的不规则表面。最后,利用第二个激光器(蚀刻激光器)在待蚀刻物表面烧出蚀刻纹路。


    在一次测试中,两个激光器以这种方式在一个不规则平面上刻出了普林斯顿大学的校徽图案。实验结果表明:刻出的图案清晰,而且蚀刻纹路宽度小于100纳米。还需要提到的是,该蚀刻系统完全由电脑控制,可以达到非常高的精度。


    除了进行微尺度蚀刻,这个系统还可以用于在物体表面镀上其他物质,为构筑三维立体结构提供了新思路。其应用范围之广,足以应用于制造波导光学电路和纳米机电设备等方面。(wenjing)

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