LÉZERSUGARAS MIKROMEGMUNKÁLÁS Sánta Imre Dr. Habil, egyetemi docens Meiszterics Zoltán PHD hallgató Told Roland

LÉZERSUGARAS MIKROMEGMUNKÁLÁS Sánta Imre Dr. Habil, egyetemi docens

Meiszterics Zoltán PHD hallgató

Told Roland Végzős fizikus hallgató Pécsi Tudományegyetem Természettudományi Kar, Fizikai Intézet [email protected]

SÁNTA I. ET AL : LÉZERSUGARAS MIKROMEGMUNKÁLÁS

Mikrométer tartományon való beavatkozás lézersugárral: • Anyageltávolítás

•Fúrás, vágás •Réteg eltávolítás •Jelölés •Tisztítás

• Anyagfelrakás, építés •SLS (sztereo litográfia) •PLD (Pulsed Laser Deposition)


A mikromegmunkálás határai: •Fényelhajlás

4λ 4λ D d0 = = ⋅ π ⋅Θ π F

•Leképezési hibák •kromatikus aberráció •szférikus aberráció •kóma •asztigmatizmus •fókuszfelület görbülés •párna-, hordó torzítás


Az abláció nemlineáris, küszöb értéknél kezdődik A lyuk mérete kisebb, mint a hullámhossz!



A mikromegmunkálás eszközei •A szkenner (1)


A mikromegmunkálás eszközei •A szkenner (2)

A „galvo” :


A mikromegmunkálás eszközei •XY (koordináta) asztal •Lineáris, precíziós motoros eltolók (+forgató) •10000-1µm tartományon, 0,5 µm pontossággal •kizárólag TEM00 módusú lézer (DPSS, fiber, Ti:S) •rezgésmentes környezet (asztal)


A mikromegmunkálás eszközei •XY (koordináta) asztal mikroszkóppal Titán-zafír lézerrel fúrt lyukak különböző teljesítméynsűrűségnél


A mikromegmunkálás eszközei •Maszkos eljárás •A felbontást a korrigált objektívek (mikroszkóp) biztosítják •a lézer „csak” a levilágító fényforrás, •a lézer térbeli intenzitáseloszlása homogén (nem Gauss) kell legyen, de csak a maszk síkjában •a lehető legrövidebb hullámhossz szükséges a legjobb felbontáshoz


A mikromegmunkálás eszközei •Maszkos eljárás


A mikromegmunkálás eszközei •Maszkos eljárás 46,9 nm-es Röntgen lézerrel polimer fóliára készített – lencse nélküli, 1:1 -es maszkos levilágítás:


A mikromegmunkálás eszközei •Maszkos eljárás •Nyaláb homogenizátor (mikrolencse array)


Fúrási, vágási technikák


Termális abláció


Fotokémiai abláció:


Mikrolencse array polimeren excimer lézerrel készítve


A mikromegmunkálás alkalmazása az orvoslásban: a sztent


Periodikus struktúrák létrehozása interferenciával


Két- és háromsugaras interferencia:


Lágy Röntgen Lézer ( Pécsi Tudományegyetem, Fizikai Intézet)


Lágy Röntgen Lézer ( Pécsi Tudományegyetem, Fizikai Intézet) T

200.00k

U (V), I (A)

100.00k

0.00

-100.00k

Ikap Im arx Uc1 Ukap Um arx

-200.00k

-300.00k 0.00

500.00n

1.00u Time (s)

1.50u

2.00u

Gáznyomás: pAr = 0,1…2 mBar Feszültség: Ukap = 200 kV Csúcsáram: Ikap = 30 kA Kapilláris hossza lkap = 450 mm Kapilláris sugara rkap = 1,5 mm Gerjesztőkör kapacitása: C1 = 6 nF - induktivitása: L = 500 nH


Lágy Röntgen Lézer ( Pécsi Tudományegyetem, Fizikai Intézet)

Paraméterek:

0,34 mbar

• • • •

0,32 mbar

46,9 nm 1 ns 100 µJ 1 mrad

0,29 mbar

0,22 mbar


Interferenciával létrehozott periodikus struktúrák alkalmazása molekuláris szűrőként


Lézersugaras felület tisztítás • Szennyezések (amit annak tekintünk): – természetes, kémiailag kialakult, többnyire szervetlen rétegek (oxid, karbonát,stb.), – természetes eredetű, de csak fizikai (adhézióval) megtapadt rétegek (korom, por,stb), – emberi eredetű szándékos, vagy szándékolatlan bevonatok (festék, ujjlenyomat, stb).

• Mit érdemes LÉZER-rel tisztítani? – Műkincsek tisztítása • festmények • szobrok

– Repülőgépek tisztítása – Radioaktív szennyezések eltávolítása


Lézersugaras felület tisztítás NIKKEL-ARANYOZOTT PWB MINTÁK (6 EXCIMER LÖVÉSSEL) BMGE ELEKTRONIKAI T. TANSZÉKKEL KOOPERÁCIÓBAN


Lézersugaras felület tisztítás


Lézersugaras felület tisztítás A LIBS spektrumok fejlődése a kezelés előrehaladtával (26.-30. impulzus) a 340-400 nm-es tartományban:


Lézersugaras felület tisztítás


• Radioaktív felületi szennyezés eltávolítása – – –

•

magnetites bevonatú acél 50-100 MW/cm2 teljesítménysűrűségű lézer TEM felvétel igazolta

Kérdések: – – – –

az ablációval együtt járó visszalökés nem okoz-e mikrorepedéseket a reaktor 10 cm vastag acélfalán, Az ablált részecskék a reaktor vízéből milyen hatékonysággal szűrhetők ki, a beavatkozáshoz szükséges eszközök maguk szennyeződnek-e a beavatkozás során, milyen arányban lesznek nem hozzáférhető helyek, és ott milyen kiegészítő módszert lehet használni


Mikromegmunkálás anyageltávolítással, módosítással : Jelölés (gravírozás) A LÉZER anyagszerkezet változást okoz min. 50 μm átmérőjű folt kell!


Mikromegmunkálás anyageltávolítással, módosítással : Jelölés (gravírozás) • •

felület megváltozás (olvadék képződés, ) mikrorepedések, olvadék gócok (üveg)


Mikromegmunkálás anyageltávolítással, módosítással : Jelölés (gravírozás) •habosodás (műanyagoknál) •elszíneződés (kémiai reakció), •műanyagoknál karbonizáció, •fémeknél többnyire oxidáció


Mikromegmunkálás anyageltávolítással, módosítással : Jelölés (gravírozás) Üveg 3D gravírozása


SLA: Sztereo Litográfia:


Sztereolitográfia (SLA) menete: 1. A kontúr megszilárdítása 2. A kontúr által körülzárt területet is kikeményítjük a lézersugár pásztázásával 3. Következő epoxigyanta réteg felvitele • a rétegvastagságnak megfelelő mértékkel (~0,1 mm) belesüllyesztjük az epoxigyanta fürdőbe, • felületét simítólappal egyenletesre húzzuk.


SLA: Sztereo Litográfia:


Kétfotonos abszorpció: -Mélységi felbontás -Nem szükséges süllyedő platform -Impulzus lézer / nagy csúcsteljesítmény, alacsony átlag, -Ti:Zafír, 80 MHz, 30-60 fs

Ormos P. et al , SZBK


Lézercsipesz


A mikromegmunkálás eszközei Impulzus lézeres vékonyréteg építés (PLD)

lézerfény gázbevezetés szubsztrát

plume

target

vákuumkamra vákuum

•sztöchiometrikus nitrid, oxid-, fluorid rétegek •átlátszó vezetőrétegek, •piro- és piezoelektromos szenzorrétegek, •elektro-optikai rétegek, •ferroelekromos rétegek, •óriás és kolosszális magnetorezisztenciát mutató többrétegrendszerek, •nagy kritikus hőmérsékletű szupravezető oxidok (HTSC), •biokompatibilis vékonyrétegek



Cseppek és törmelékek Gázfázisban 1 nm Olvadékcsepp 100-300 nm Szilárd törmelék (durva target)

Csökkentése: Target forgatása Pásztázás Ps, fs impulzusok használata Target előfűtése


A mikromegmunkálás eszközei Impulzus lézeres vékonyréteg építés (PLD), direkt írás

lézernyaláb

hordozó fémréteg

ns és fs lézerrel

mintázat szubsztrát




A mikromegmunkálás eszközei Impulzus lézeres vékonyréteg építés (PLD) •Az abláció során lerepülő plazmafelhő anyaga egy másik hordozóra lecsapatható és változatos nano-, mikro-méteres vékonyrétegek, szerkezetek állíthatók elő. •A beeső részecskék sebessége nagyságrendekkel nagyobb, mint termikus párologtatáskor, ezért a rétegek jobban tapadnak.

200 µm

1 mm

100 µm

100 µm


Aktiváló por, illetve oxigén alkalmazása mélyhegesztésnél

•5 mm thick stainless steel ( 1.4404) •power P=1.4 kW / •welding speed v=1 m/min •rutile, •silica, •magnesia •alumina •oxygen in the protective gas (0.1 vol.%, 0.3 vol.% and 0.5 vol.%) •Inverse Marangoni flow


Lyuk fúrása habszivacsba (installáció)


•Védőgáz (N2) •Zárt térben gáz szaporodik föl •A gáz elnyeli a lézer fényét •A gáz felmelegszik •Tágul a lyuk, nem mélyül

KÖSZÖNÖM A FIGYELMET!

LÉZERSUGARAS MIKROMEGMUNKÁLÁS Sánta Imre Dr. Habil, egyetemi docens Meiszterics Zoltán PHD hallgató Told Roland

Recommend Documents