玻璃表面嵌入式亚微米金属线的制备

发布时间：2022-01-12 13:37

　　提出了一种在玻璃表面制备嵌入式亚微米金属线的方法。首先利用飞秒激光直写技术在玻璃表面烧蚀出亚微米线宽的凹槽,然后采用连续流化学镀工艺在样品表面沉积金属薄膜,再经过热处理和机械抛光,可实现玻璃表面嵌入式亚微米线宽金属结构的可控制备。将飞秒激光烧蚀的阈值效应与连续流化学镀相结合,可制备出最小线宽约为0.66μm的金属银线。四探针法测试结果表明,制备的亚微米金属银线具有良好的导电性,其电阻率约为体积银电阻率的1.2倍。 

【文章来源】：中国激光. 2020,47(05)北大核心EICSCD

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

在石英玻璃表面制备嵌入式亚微米金属线。

不同脉冲能量激光烧蚀凹槽及机械抛光后

图3给出了更详细的激光脉冲能量与烧蚀凹槽线宽、机械抛光后金属线宽的关系,可以看到随着脉冲能量降低,激光烧蚀凹槽线宽和机械抛光后金属线宽减小的趋势基本一致,而且由于金属在凹槽内及其边界的沉积,金属线宽相对于凹槽本身的线宽有少许增加。线宽增加的可能原因如下:当凹槽及其边界沉积的金属结构经热处理后,在后续的机械抛光过程中,由于薄膜附着力增大和抛光精度的限制,靠近凹槽边界的金属仍会有少部分存留下来;另外,当激光能量大大超过破坏阈值时,烧蚀出的凹槽边缘也可能存在不规则的现象,从而导致线宽增大。值得注意的是,如图3中插图所示,当脉冲能量降低至0.18 μJ以下时,凹槽线宽已降低至1 μm以下,同时随着脉冲能量的降低,线宽减小的趋势更加明显。由此可见,飞秒激光加工的阈值效应在制备亚微米线宽凹槽及后续金属结构中起到了重要作用。为了稳定地实现嵌入式亚微米金属线的可控制备,除控制激光烧蚀的脉冲能量外,还需要考虑玻璃表面选择性金属化的实现方式。本文利用了连续流化学镀并结合热处理及后续机械抛光的方式来实现亚微米级别的选择性金属化。需要说明的是,在机械抛光之前的热处理对于后续高电导率和强附着力的亚微米金属结构的制备具有重要作用。四探针法测试结果表明,在同样条件下进行连续流化学镀银热处理(600 ℃,2 h)前后的金属结构的电阻率分别为8.58 μΩ·cm和1.83 μΩ·cm,后者约为体积银电阻率(1.59 μΩ·cm)的1.2倍。热处理的引入可将制备出的金属结构的电阻率降低为未热处理的1/4.7,其原因主要在于热处理促进了金属颗粒和颗粒间的熔融结合和互连,提高了沉积金属银膜的致密度,这可从图4所示的金属银表面的形貌变化得到证实。由图4(a)、(b)可看出:尽管连续流化学镀可以实现金属银层的大范围均匀沉积,但是沉积的金属颗粒和相邻颗粒间仍存在不少孔隙;而经过热处理后,如图4(c)、(d)所示金属银层表面的颗粒与颗粒间的孔隙显著减少,银层的致密度得到明显提升。同时,热处理可以强化金属银和玻璃之间的附着力,特别是进一步提升凹槽内嵌入式沉积金属的附着力,使其在机械抛光过程中不脱落。

【参考文献】：
期刊论文
[1]飞秒激光直写铜微电极研究[J]. 廖嘉宁,王欣达,周兴汶,李立航,郭伟,彭鹏.  中国激光. 2019(10)
[2]飞秒激光光镊直写银微纳结构[J]. 陈忠贇,方淦,曹良成,付芸,曹洪忠,姜肇国,段宣明.  中国激光. 2018(04)



本文编号：3584868