基于激光诱导正向转移技术的AZO薄膜的光电性能优化研究
发布时间：2021-02-08 08:46
掺铝氧化锌（AZO）薄膜作为透明导电氧化物（TCO）薄膜的一种,具有较高的光电性能,并且由于其资源丰富,性能稳定,无毒,易于刻蚀掺杂等优点而备受重视,有广阔的发展前景。然而一般的AZO薄膜难以达到某些应用领域较高的光电要求,所以各种薄膜表面处理技术以及多层薄膜制造技术迅速开展起来。激光诱导正向转移技术（LIFT技术）可以用来转移微量物质,并在接收端得到转移后的薄膜材料以及纳米粒子,是一种新型激光微加工技术。本文通过LIFT技术转移银薄膜,在AZO薄膜表面沉积银材料以提高薄膜综合光电性能。从理论与实验两方面研究了转移机制并探讨了实验结果,其主要工作包括下面两个部分:1.研究了激光与金属材料相互作用机理。建立了一维与二维双温模型,数值模拟了皮秒与纳秒单脉冲激光作用下银薄膜内温度的变化,揭示了薄膜烧蚀阈值与薄膜厚度之间的变化关系,探讨了激光参量和薄膜厚度对转移机制的影响,可以得到:当薄膜厚度较小时,薄膜的转移是激光作用区域材料同时以液态或气态的形式进行;当薄膜较厚时,薄膜的转移是上层熔化或气化材料冲破下层材料束缚而进行,且转移薄膜的状态由激光能量决定。同时还研究了多脉冲激光以及高重频激光扫描...
【文章来源】：江苏大学江苏省
【文章页数】：93 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
长脉冲激光加工与超短脉冲激光加工材料现象对比图[12]
基于激光诱导正向转移技术的AZO薄膜的光电性能优化研究2图1.1长脉冲激光加工与超短脉冲激光加工材料现象对比图[12]Fig1.1Comparisonoflongpulselaserprocessingandultrashortpulselaserprocessingofmaterials[12]与连续激光不同，脉冲激光工作时是将能量压缩并以脉冲的形式发射出去，因此脉宽越窄，其峰值功率越高。一般我们可以将脉冲宽度小于10ps的激光看成超短脉冲激光，它们脉冲宽度极孝作用时间极短以及能量密度极高，因此利用超短脉冲激光加工在加工时间内材料内部热扩散很小，产生的热能量较少，会避免传统长脉冲激光加工时热效应对加工区域周围材料的影响。同时利用超短脉冲激光加工时，可以对加工区间进行精确的把控。例如采用飞秒激光加工时，当激光能量高于材料烧蚀阈值时，材料表面发生损伤，由于飞秒激光能量为高斯分布，理论上的烧蚀区域为光斑中心能量集中区域，最小直径大约为中心波长的十分之一。因此，可以实现纳米尺度下的加工[13]。1996年B.N.Chichkov等人[14]研究了不同脉宽的激光加工材料的效果。如图1.2所示，分别为200fs，80ps以及2.2ns脉宽下激光加工的钢薄层材料表面SEM图，可以看出随着脉宽的逐渐缩短，加工区域四周越来越光滑，效果越来越好。图1.2不同脉冲宽度加工金属材料的效果图(a)飞秒激光；(b)皮秒激光；(c)纳秒激光[14]Figure1.2Effectoflaserprocessingmetalmaterialswithdifferentpulsewidth(a)Femtosecondlaser(b)Picosecondlaser(c)Nanosecondlaser[14]
江苏大学硕士学位论文31.1.2激光诱导正向转移技术激光的发展促进了各种激光加工技术的进步，除了宏观上传统的激光加工领域，如激光切割，激光打标，激光焊接等有了较大的提升，激光微精细加工等新型领域也有了十足的发展。其中激光诱导正向转移技术（LIFT技术）作为一种新型激光微加工技术，更是受到越来越多学者的关注与研究。激光诱导正向转移技术主要是利用激光烧蚀薄膜材料，使其发生相变，同时诱导这些材料进行定向转移、沉积，以制作微图形、微结构的技术，如图1.3。图1.3激光诱导正向转移示意图Figure1.3Schematicdiagramoflaser-inducedforwardtransfer激光诱导薄膜正向转移原理如下，整个过程主要分为三个阶段[15]：首先高能量的激光穿过透明的转移基片而聚焦在薄膜上（薄膜预先通过化学沉积或磁控溅射等方法生长制备在转移基片上作为源膜），薄膜表面温度迅速升高；作用区域内的薄膜发生熔化，甚至汽化等现象并从衬底上剥离脱落；这些脱落的材料沉积到在下方平行放置的接收基片上。通过控制激光束的参数，可以在基片上沉积得到需要的微图形、微阵列等，从而实现微纳尺度下的精细可控加工。LIFT技术应用广泛，诱导的激光可以是纳秒激光、皮秒激光或者飞秒激光，转移的薄膜材料不仅可以是金属薄膜，也可以是半导体、有机分子材料，甚至具有生物活性的材料等，因此在很多领域都有着广阔的应用前景。另外由于激光的一系列优良特性，使得LIFT技术具有独特的特征优势：1.激光穿过透明衬底照射在薄膜上，直接进行沉积，可以在接收端按照需求制备特定的微图形，微阵列，并且可以通过对激光束的调节，实现多种加工目
【参考文献】：
期刊论文
[1]移动脉冲激光标刻Pb99.994的数值模拟与参数分析[J]. 李建华,沈志,董楠,李春玲. 光学与光电技术. 2019(03)
[2]透明导电氧化物薄膜的研究现状及发展趋势[J]. 杨秀峰. 科技视界. 2019(02)
[3]多脉冲飞秒激光烧蚀硅的热累积效应[J]. 张明鑫,李志明,聂劲松,谢运涛. 光电子技术. 2018(04)
[4]薄膜厚度对飞秒激光烧蚀铜纳米薄膜的影响研究[J]. 林家坚,雷春霞. 科技通报. 2017(01)
[5]飞秒激光前向转移诱导产生金属纳米结构薄膜[J]. 余佳,何书通,宋寰宇,王清月,胡明列. 中国激光. 2017(01)
[6]飞秒双脉冲激光照射金属薄膜的热行为[J]. 邵俊峰,郭劲,王挺峰. 强激光与粒子束. 2014(09)
[7]掺铝氧化锌（ZAO）透明导电薄膜的研究进展[J]. 王银玲,徐雪青,徐刚,何新华. 材料导报. 2008(S2)
[8]飞秒激光加工及其应用[J]. 罗晓娜,刘金合,唐建宇. 新技术新工艺. 2008(02)
[9]飞秒激光与金膜作用的脉冲累积效应(英文)[J]. 倪晓昌,孙琦,王清月,巫殷忠,杨丽,贾威,柴路. 纳米技术与精密工程. 2007(02)
[10]Aluminum film microdeposition at 775 nm by femtosecond laser-induced forward transfer[J]. 杨丽,王清月,倪晓昌,巫殷忠,贾威,柴路. Chinese Optics Letters. 2007(05)
博士论文
[1]金属复合双层/多层透明导电薄膜的制备及其光电性能研究[D]. 黄立静.江苏大学 2015
[2]飞秒激光作用下金属薄膜表面瞬态反射现象研究[D]. 许孝芳.江苏大学 2013
[3]FTO透明导电薄膜表面处理及其复合膜的研究[D]. 李保家.江苏大学 2012
[4]飞秒激光辐照金属超快动力学过程研究[D]. 陈安民.吉林大学 2012
[5]高重复频率飞秒激光微纳加工中热效应的研究及应用[D]. 李毅.天津大学 2012
[6]飞秒激光微精细加工—微量物质转移研究[D]. 杨丽.天津大学 2007
硕士论文
[1]紫外纳秒激光诱导前向转移技术与应用研究[D]. 刘明艳.天津大学 2013
本文编号：3023664
【文章来源】：江苏大学江苏省
【文章页数】：93 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
长脉冲激光加工与超短脉冲激光加工材料现象对比图[12]
基于激光诱导正向转移技术的AZO薄膜的光电性能优化研究2图1.1长脉冲激光加工与超短脉冲激光加工材料现象对比图[12]Fig1.1Comparisonoflongpulselaserprocessingandultrashortpulselaserprocessingofmaterials[12]与连续激光不同，脉冲激光工作时是将能量压缩并以脉冲的形式发射出去，因此脉宽越窄，其峰值功率越高。一般我们可以将脉冲宽度小于10ps的激光看成超短脉冲激光，它们脉冲宽度极孝作用时间极短以及能量密度极高，因此利用超短脉冲激光加工在加工时间内材料内部热扩散很小，产生的热能量较少，会避免传统长脉冲激光加工时热效应对加工区域周围材料的影响。同时利用超短脉冲激光加工时，可以对加工区间进行精确的把控。例如采用飞秒激光加工时，当激光能量高于材料烧蚀阈值时，材料表面发生损伤，由于飞秒激光能量为高斯分布，理论上的烧蚀区域为光斑中心能量集中区域，最小直径大约为中心波长的十分之一。因此，可以实现纳米尺度下的加工[13]。1996年B.N.Chichkov等人[14]研究了不同脉宽的激光加工材料的效果。如图1.2所示，分别为200fs，80ps以及2.2ns脉宽下激光加工的钢薄层材料表面SEM图，可以看出随着脉宽的逐渐缩短，加工区域四周越来越光滑，效果越来越好。图1.2不同脉冲宽度加工金属材料的效果图(a)飞秒激光；(b)皮秒激光；(c)纳秒激光[14]Figure1.2Effectoflaserprocessingmetalmaterialswithdifferentpulsewidth(a)Femtosecondlaser(b)Picosecondlaser(c)Nanosecondlaser[14]
江苏大学硕士学位论文31.1.2激光诱导正向转移技术激光的发展促进了各种激光加工技术的进步，除了宏观上传统的激光加工领域，如激光切割，激光打标，激光焊接等有了较大的提升，激光微精细加工等新型领域也有了十足的发展。其中激光诱导正向转移技术（LIFT技术）作为一种新型激光微加工技术，更是受到越来越多学者的关注与研究。激光诱导正向转移技术主要是利用激光烧蚀薄膜材料，使其发生相变，同时诱导这些材料进行定向转移、沉积，以制作微图形、微结构的技术，如图1.3。图1.3激光诱导正向转移示意图Figure1.3Schematicdiagramoflaser-inducedforwardtransfer激光诱导薄膜正向转移原理如下，整个过程主要分为三个阶段[15]：首先高能量的激光穿过透明的转移基片而聚焦在薄膜上（薄膜预先通过化学沉积或磁控溅射等方法生长制备在转移基片上作为源膜），薄膜表面温度迅速升高；作用区域内的薄膜发生熔化，甚至汽化等现象并从衬底上剥离脱落；这些脱落的材料沉积到在下方平行放置的接收基片上。通过控制激光束的参数，可以在基片上沉积得到需要的微图形、微阵列等，从而实现微纳尺度下的精细可控加工。LIFT技术应用广泛，诱导的激光可以是纳秒激光、皮秒激光或者飞秒激光，转移的薄膜材料不仅可以是金属薄膜，也可以是半导体、有机分子材料，甚至具有生物活性的材料等，因此在很多领域都有着广阔的应用前景。另外由于激光的一系列优良特性，使得LIFT技术具有独特的特征优势：1.激光穿过透明衬底照射在薄膜上，直接进行沉积，可以在接收端按照需求制备特定的微图形，微阵列，并且可以通过对激光束的调节，实现多种加工目
【参考文献】：
期刊论文
[1]移动脉冲激光标刻Pb99.994的数值模拟与参数分析[J]. 李建华,沈志,董楠,李春玲. 光学与光电技术. 2019(03)
[2]透明导电氧化物薄膜的研究现状及发展趋势[J]. 杨秀峰. 科技视界. 2019(02)
[3]多脉冲飞秒激光烧蚀硅的热累积效应[J]. 张明鑫,李志明,聂劲松,谢运涛. 光电子技术. 2018(04)
[4]薄膜厚度对飞秒激光烧蚀铜纳米薄膜的影响研究[J]. 林家坚,雷春霞. 科技通报. 2017(01)
[5]飞秒激光前向转移诱导产生金属纳米结构薄膜[J]. 余佳,何书通,宋寰宇,王清月,胡明列. 中国激光. 2017(01)
[6]飞秒双脉冲激光照射金属薄膜的热行为[J]. 邵俊峰,郭劲,王挺峰. 强激光与粒子束. 2014(09)
[7]掺铝氧化锌（ZAO）透明导电薄膜的研究进展[J]. 王银玲,徐雪青,徐刚,何新华. 材料导报. 2008(S2)
[8]飞秒激光加工及其应用[J]. 罗晓娜,刘金合,唐建宇. 新技术新工艺. 2008(02)
[9]飞秒激光与金膜作用的脉冲累积效应(英文)[J]. 倪晓昌,孙琦,王清月,巫殷忠,杨丽,贾威,柴路. 纳米技术与精密工程. 2007(02)
[10]Aluminum film microdeposition at 775 nm by femtosecond laser-induced forward transfer[J]. 杨丽,王清月,倪晓昌,巫殷忠,贾威,柴路. Chinese Optics Letters. 2007(05)
博士论文
[1]金属复合双层/多层透明导电薄膜的制备及其光电性能研究[D]. 黄立静.江苏大学 2015
[2]飞秒激光作用下金属薄膜表面瞬态反射现象研究[D]. 许孝芳.江苏大学 2013
[3]FTO透明导电薄膜表面处理及其复合膜的研究[D]. 李保家.江苏大学 2012
[4]飞秒激光辐照金属超快动力学过程研究[D]. 陈安民.吉林大学 2012
[5]高重复频率飞秒激光微纳加工中热效应的研究及应用[D]. 李毅.天津大学 2012
[6]飞秒激光微精细加工—微量物质转移研究[D]. 杨丽.天津大学 2007
硕士论文
[1]紫外纳秒激光诱导前向转移技术与应用研究[D]. 刘明艳.天津大学 2013
本文编号：3023664
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