01 Entwodiksyon
Avèk avansman kontinyèl nan syans ak teknoloji ak aplikasyon an toupatou nan nouvo materyèl, manifakti modèn ap devlope rapidman nan direksyon ki lejè, miniaturize, ak gwo -direksyon presizyon. Nan domèn tankou mikwo-elektwonik, opto-elektwonik, ak sistèm mikwo-elektwomekanik (MEMS), koneksyon ak entegrasyon mikwo-nano estrikti yo patikilyèman enpòtan. Metòd pwosesis tradisyonèl yo, tankou pwosesis lazè long-batman kè oswa machin egzeyat elektrik, souvan vini ak siyifikatif chalè-zon ki afekte (HAZ), ki ka fasilman mennen nan deformation materyèl, microcracks, oswa kouch refaksyon, ki fè li difisil pou satisfè egzijans entèkoneksyon ki wo -presizyon nan mikwo{8}} ak nano echèl la. Lazè ultrarapid, anjeneral refere a lazè ak lajè batman kè nan femtosecond (fs) oswa pikosecond (ps) ranje, bay yon nouvo solisyon pou fabrikasyon presizyon akòz dansite pik pouvwa ekstrèmman wo yo ak ultra-tan entèraksyon trè kout. An patikilye, ultrarapid lazè mikwo-nano soude (Nano Welding) ka simonte limit difizyon tèmik nan soude tradisyonèl yo epi reyalize koneksyon egzak nan mikwo-nano echèl la. Teknoloji sa a itilize efè ki pa lineyè entèraksyon lazè ultrarapid ak materyèl pou reyalize fonn ak lyezon nan zòn ki piti anpil pandan y ap evite domaj nan estrikti ki antoure yo. Baze sou dènye pwogrè yo nan pwosesis ultrarapid lazè mikwostrikti, papye sa a konsantre sou eksplike prensip debaz yo nan ultrarapid lazè mikwo-nan soude, paramèt pwosesis kle yo, ak aplikasyon tipik li yo nan diferan sistèm materyèl.
02 Ultra-Fast Lazè Soudi Prensip
Mekanis debaz nan ultrarapid lazè mikwo-nano soude manti nan pwosesis tèrmodinamik la ak efè lokal amelyorasyon jaden an. Prensip debaz la se ke atravè entèraksyon ki genyen ant lazè ultrarapid la ak materyèl la, koòdone kontak nan mikrostruktur yo dwe soude sibi fonn lokal yo, kidonk elimine twou vid ki genyen ak fòme yon koneksyon ki estab. Nan pwosesis soude pou estrikti subwavelength tankou nanofil, iradyasyon lazè femtosecond ka pwovoke sonorite plasma lokalize, ki jenere lokalize segondè -jaden tanperati nan pwen kwa yo oswa zòn kontak nan nanofil yo, ki pèmèt koneksyon an, koupe, oswa refòm nan nanofil yo. Yon avantaj enpòtan nan teknoloji sa a se lokalizasyon trè wo tèmik li yo. Akòz lajè batman ultrashort lazè ultrarapid (anjeneral sou echèl femtosecond a), difizyon chalè a siyifikativman siprime, sa ki pèmèt tanperati jeneral la rive nan ekilib nan 10⁻¹² segonn. Mekanis ultrarapid sa a detant tèmik asire ke tanperati ki wo yo limite sèlman nan rejyon lokal yo kote sonorite plasma rive, pandan y ap zòn nan estrikti nanofil deyò zòn nan sonorite yo pa domaje pa tanperati a wo, kidonk kenbe entegrite estriktirèl la an jeneral nan aparèy la. Anplis de sa, chwa a nan paramèt pwosesis soude gen yon enpak desizif sou bon jan kalite soude. Etid yo montre ke lè l sèvi avèk yon pousantaj repetisyon batman segondè konbine avèk enèji batman kè ki ba ka efektivman diminye fòmasyon nan konpoze frajil entèmetalik, diminye ensidan an nan domaj soude, epi anpeche twòp ablasyon nan materyèl la metal.
Figi 1. Dyagram chema ionizasyon ki pa lineyè, evolisyon plasma, ak mekanis tèmodinamik entèraksyon lazè ultrarapid ak Silisyòm.
Figi 2. Konparezon mekanis depo enèji ak pwosesis transfòmasyon faz nan metal ak materyèl ki pa-nan metal ultrarapid lazè mikwo-nan soude.
03 Ultrafast Lazè Soudi Aplikasyon
Kounye a, teknoloji ultrarapid lazè mikwo-nano soude te lajman aplike nan koneksyon an nan divès kalite mikwo-nano estrikti kondiktif. Tou depan de karakteristik materyèl yo, li ka sitou klase nan metal mikwo - nano estrikti soude, semi-conducteurs nanomateryèl soude, ak heterojunction soude nan materyèl diferan. Nan twa senaryo aplikasyon sa yo, lazè ultrarapid yo te demontre avantaj enpòtan sou pwosesis tradisyonèl yo.
An tèm de entèkoneksyon egzak nan estrikti metal mikwo-nano, teknoloji tradisyonèl mikwo-soude souvan fè fas a gwo efè tèmik debòde lè yo manyen fil metal micron- oswa nanomèt-echèl, akòz difikilte pou kontwole avèk presizyon antre chalè. Chaj tèmik twòp sa a pa sèlman fasil fonn fil metal amann, men tou gen tandans fòme konpoze entèmetalik frajil nan junctions yo nan metal diferan, sa ki lakòz fòs mekanik ki ba ak domaj souvan soude. Kontrèman, ultrarapid soude lazè, pa anplwaye yon estrateji pwosesis inik konbine pousantaj repetisyon segondè batman kè ak enèji batman kè ki ba, efektivman simonte defi sa yo. Sinèrji sa a nan frekans repetisyon segondè ak enèji ki ba asire ase akimilasyon enèji pou soude pandan y ap diminye siyifikativman ablasyon twòp nan materyèl metal la, kidonk efektivman siprime fòmasyon nan konpoze frajil entèmetal ak minimize domaj soude.
Nan aplikasyon espesifik, chèchè yo te premye moun ki sèvi ak teknoloji sa a pou reyalize soude mikwo -Ag nan substrat Cu, ki demontre potansyèl li nan entèkoneksyon mikwoelektwonik. Anplis de sa, pou nanofil metal omojèn Ag-Ag, chèchè yo te soude avèk siksè nanofil yo lè l sèvi avèk pulsasyon ultrashort 35 fs nan yon dansite enèji apeprè 90 mJ/cm². Jwenti ki kapab lakòz yo pa te sèlman estriktirèl entak, men tou kenbe ekselan konduktiviti elektrik ak fòs mekanik.
Nan koneksyon ki pa destriktif nan semiconductor nanomaterials, konvansyonèl chofaj mondyal oswa pwosesis soude kontak ka byen fasil domaje estrikti nan kristal nan nanofil oswa lakòz domaj tèmik nan zòn ki pa -soude akòz gwo frajil ak sansiblite tèmik nan materyèl semi-conducteurs. Ultrafast soude lazè adrese pwoblèm sa a atravè mekanis inik lokalize sonorite plasma li yo. Lè iradyasyon lazè femtosecond aplike nan nanofil, sonorite plasma lokalize pwovoke nan entèseksyon yo oswa junctions, jenere tanperati ki wo lokalize pou reyalize soude, koupe, oswa refòm. Paske tan aksyon lazè ultrarapid la trè kout, difizyon chalè rive nan ekilib nan seri pikosgond (10 ^ -12 segonn), sa vle di tanperati ki wo pwodwi a entèdi nan zòn sonan lokal la, kite estrikti nanofil yo andeyò zòn nan sonorite konplètman san domaj.
Dapre prensip sa a, chèchè yo te reyisi soude ZnO -ZnO nanofil semiconductor omojèn. Anba 35 fs lajè batman kè ak yon dansite enèji nan 77.6 mJ / cm², apre 30 segonn nan iradyasyon, nanofil yo te byen fèm ak nondestructively konekte. Dekouvèt sa a bay yon metòd pwosesis efikas ak egzak san -kontak pou asanble tout-fotodetektè ak detèktè oksid.
Teknoloji ultrarapid lazè mikwo-nan soude, ak lajè batman kè ekstrèmman kout li yo ak pik pouvwa ekstrèmman wo, te simonte limit yo nan metòd tradisyonèl soude nan kontwole efè tèmik, vin tounen yon zouti endispansab nan jaden an nan mikwo-nan fabrikasyon. Atravè sonorite plasma lokalize ak mekanis absòpsyon ki pa lineyè, teknoloji sa a ka reyalize fonn egzak ak lyezon materyèl sou echèl espasyal ak tanporèl ki piti anpil, efektivman evite domaj tèmik nan mikwo-nano estrikti ki antoure. Soti nan mikwofil metal nan semi-conducteurs nanofil, e menm junction materyèl eterojèn konplèks, ultrarapid soude lazè te demontre adaptabilite materyèl lajè ak bon jan kalite pwosesis ekselan. Nan tan kap vini an, ak rechèch pi fon nan mekanis entèraksyon lazè-matyè yo ak plis amelyorasyon nan pèfòmans lazè, ultrarapid lazè mikwo-nano soude espere jwe yon wòl menm plis kritik nan fabrikasyon elektwonik fleksib, nano-aparèy optoelektwonik, ak detèktè trè entegre, ki mennen nan pi gwo efikasite nan mikwo {{9} ak pi gwo efikasite.
