Illum il-ġurnata, laser ultraveloċi (femtosekonda u wisa 'tal-polz ta' picosecond) huwa parti importanti mill-proċess ta 'produzzjoni industrijali. Bis-saħħa tal-kapaċità ta 'proċessar ta' materjal mhux termali ta 'kwalità għolja, flimkien mal-progress fit-teknoloġija tal-lejżer, l-iżvilupp tal-proċess, il-kontroll tar-raġġ, u t-trażmissjoni, din tkompli tespandi l-ambitu tal-applikazzjoni tal-lejżer ultrarapidu fis-suq industrijali. Madankollu, sabiex jinżamm il-bilanċ bejn l-input u l-output, il-kondizzjonijiet li ġejjin għandhom jintlaħqu fl-istess ħin: l-ewwel, huwa meħtieġ li tiġi ppruvata l-fattibilità teknika tagħha fil-proċess ta 'l-ipproċessar industrijali; minħabba li l-interazzjoni bejn il-laser ultraveloċi u l-materja hija unika, huwa meħtieġ li jkun hemm għarfien xjentifiku fin ta 'dan il-proċess; it-tieni, il-produttività tal-produzzjoni industrijali għandha tiżgura li l-utent aħħari jista 'jinġieb bl-investiment jaqbel mad-dħul, li huwa marbut li jippromwovi l-progress fil-kontroll tar-raġġi u t-trasmissjoni biex jagħmel użu sħiħ mill-veloċità tal-ipproċessar potenzjali.
Il-qasam tal-elettronika għall-konsumatur jipprovdi b'mod ċar l-iktar evidenza. Telefowns ċellulari, mikroproċessuri, wirjiet, u ċipep tal-memorja huma komponenti estremament kumplessi, li huma magħmula minn numru kbir ta 'materjali differenti, daqs żgħir ħafna, u ħxuna żgħira ħafna ta' materjali b'ħafna saffi. Għalhekk għandna bżonn kapaċità avvanzata ta 'pproċessar ta' preċiżjoni għolja u kapaċità ta 'produzzjoni tal-massa ekonomikament fattibbli. Hawnhekk' i eżempju ta 'għaliex għandna bżonn niżviluppaw proċessar, teknoloġija bil-lejżer, u teknoloġija ta' trażmissjoni ta 'raġġ ġdid fl-istess ħin biex nilħqu l-isfidi attwali u futuri.
Li tagħmel wirjiet ta 'pannelli ċatti għal telefowns ċellulari, pilloli jew televiżjonijiet hija waħda mill-iktar teknoloġiji kumplessi llum, b'diffikultajiet simili jew ikbar mill-programm Apollo tal- 1960 s. Stadji ta 'produzzjoni differenti jinvolvu numru kbir ta' materjali differenti, li għandhom ir-riżoluzzjoni laterali tal-livell tal-mikron u l-ħxuna ta 'għexieren ta' nanometri. Minħabba d-diffikultà tal-proċess kollu, mhix sorprendenti li l-produttività industrijali (il-proporzjon ta 'prodotti li jistgħu jgħaddu minn testijiet ta' kwalità stretti) titqies bħala sigriet u sfida. Limitazzjoni ewlenija hija l-eżistenza ta 'tikek ħżiena fuq il-pannell, li jxekklu l-kummerċ tal-iskrin. Fl-aħħar ftit snin, ġew żviluppati bosta teknoloġiji differenti ta ’tiswija, li ġeneralment jinvolvu lasers ta’ diversi nanosekondi b’wavelength. Pereżempju, pixel qawwi huwa msewwi billi karbonizzar bil-lejżer jew qtugħ ta 'l-elettrodi ta' transistor ta 'film irqiq li jikkontrolla l-pixel (Figura 1).
Figura 1: qtugħ ta 'elettrodi ta' transistor b'film irqiq, wisa 'tal-qtugħ ta' 1. 9 μm.
It-teknoloġija kurrenti laħqet il-limiti tagħha. Minħabba l-progress fir-riżoluzzjoni tal-iskrin ta ’definizzjoni għolja, id-daqs tal-pixel isir iżgħar u iżgħar, u l-effett termiku tal-ipproċessar tal-laser tan-nanosekonda relatat miegħu jillimita l-kwalità tat-tiswija. Barra minn hekk, teknoloġiji ġodda tal-wirja, inklużi dijodi organiċi li jarmu d-dawl (OLEDs) u dijodi li jarmu d-dawl tal-matriċi attiva (AMOLED), użaw ħafna materjali organiċi u polimeri, li huma sensittivi ħafna għat-tisħin u għalhekk inkompatibbli mat-trattament tas-sħana. Minħabba li t-tul tal-polz huwa qasir ħafna, il-lejżer ultrarapidu huwa adattat ħafna għal mikromachin mhux termali, u ma jiġġenerax sħana. Huma wżati ħafna fil-qasam tal-ipproċessar avvanzat tat-tiswija tal-iskrin, li jippromwovi l-iżvilupp ta 'ġenerazzjoni ġdida ta' lejżers ultraveloċi b'veloċità għolja b'veloċità għolja.
Xi proċessi industrijali bdew jużaw proċessar tal-laser ultrafast ta 'preċiżjoni għolja. Dan jinkludi ablazzjoni selettiva, li ġeneralment hija eżatta għal 30 nm / polz, u qtugħ ta 'elettrodi ta' transistor ta 'film irqiq ta' preċiżjoni għolja b'wisa 'ta' qtugħ ta 'inqas minn 2 μ M. Dawn il-proċessi għandhom bżonn jiżviluppaw avvanzati u Teknoloġija ta 'ffurmar ta' raġġ flessibbli biex tikseb raġġ ta 'fuq nett u tiżgura t-trasmissjoni uniformi tagħha, u biex tissawwar il-kampjun b'daqs baxx kemm 2 × 2 μm.
F'eżempju ieħor, iċ-ċirkwiti tas-semikondutturi jsiru aktar u aktar kumplessi, u jeħtieġu aktar funzjonijiet biex jiġu integrati f'daqsijiet iżgħar. Għalhekk, il-wejfer kurrenti huwa magħmul minn ħafna saffi ta 'materjali varji, bħal materjali kostanti dielettriċi baxxi adattati għal tħaddim rapidu. Proċess importanti fl-industrija tal-manifattura tas-semikondutturi huwa l-qtugħ u s-separazzjoni tal-wejfers, jiġifieri, il-qtugħ ta 'wejfer f'ċipep separati (Figura 2). Tradizzjonalment, is-serrieq tad-djamanti jintuża, iżda t-teknoloġija attwali laħqet il-limitu. Minħabba l-fraġilità, il-ħxuna, u n-numru ta 'saffi tal-materjali b'kostanti dielettrika baxxa, il-probabbiltà ta' effetti negattivi bħal xaqq u delamination qed tiżdied.
Figura 2: qtugħ u qtugħ ta 'wejfer semikondutturi.
Għalkemm l-użu tal-ipproċessar tal-laser tan-nanosekonda UV huwa promoss, l-effett termiku tal-ipproċessar tal-lejżer tan-nanosekonda għadu jillimita bil-kbir il-kwalità tar-riżultati tal-ipproċessar. Min-naħa l-oħra, lejżers ultraveloċi juru l-abbiltà li jipproċessaw silikon u materjali b'ħafna saffi ta 'kwalità għolja. Sa ftit ilu, il-limitazzjoni medja tal-qawwa tal-lejżer ultrarapidu għadha problema kbira, li tillimita serjament l-effiċjenza totali tal-produzzjoni. Illum, il-qawwa tal-lejżer femtosekonda industrijali b'affidabilità għolja hija bejn 50-100w, u dan jagħmel il-kapaċità tal-produzzjoni tiegħu taqbel mar-rekwiżiti industrijali.
Il-laser ultrafast huwa parti importanti mill-proċess avvanzat ta 'micromachining, li għandu rwol importanti fil-kontroll tal-kwalità u l-kejl. Rudolph teknoloġiji reċentement nedew għodda ġdida għall-industrija tas-semikondutturi biex tkejjel il-ħxuna tal-films opaki. Is-sistema hija bbażata fuq kejl akustiku, bl-użu ta 'polz ultrashort iġġenerat bil-lejżer qasir ħafna. Il-ħin ta 'riflessjoni tal-polz ultrasoniku fuq il-wiċċ ta' kull saff huwa mkejjel permezz tat-teknoloġija ta 'skoperta ta' pompa ta 'preċiżjoni għolja.
Id-dehra ta 'sistema tal-lejżer b'qawwa għolja u affidabilità għolja tejbet ħafna l-ipproċessar tal-lejżer u l-kontroll tal-kwalità. B'mod iktar speċifiku, lejżers ultrarapidi b'qawwa medja ta ' 50 sa 200 W jistgħu jtejbu l-effiċjenza tal-produzzjoni u l-produttività, u b'hekk jespandu l-applikazzjoni tagħhom f'oqsma ġodda. Madankollu, il-kontroll tar-raġġ u t-trasmissjoni ta 'lejżer b'qawwa għolja mhumiex faċli. Sabiex tagħmel profitti, huwa meħtieġ li tinkiseb veloċità tal-ipproċessar ta ' 100 M / s, waqt li tinżamm l-eżattezza tal-pożizzjoni tal-livell tal-mikron. Il-ġenerazzjoni preżenti ta 'skanners tal-galvanometru laħqet il-limitu u huma meħtieġa metodi ġodda.
Kumpanija ESI nediet sistema ta ’proċessar ibridu li tgħaqqad il-galvanometru u t-Teknoloġija Akustokopika. Meta topera b'veloċità ogħla ta 'pproċessar, l-inerzja tal-galvanometru tal-iskannjar tfisser ir-ritard tal-eżekuzzjoni, bħal dawra qawwija, u għalhekk l-istruttura pproċessata mhix l-istess bħall-forma ddisinjata. Madankollu, modulaturi akustojtiċi juru tweġiba sensittiva ħafna, iżda f'firxa żgħira ħafna. Il-kombinazzjoni tal-moviment tal-galvanometru u d-diflessjoni akustojtika tista 'tikseb sinkronizzazzjoni preċiża u tegħleb din il-limitazzjoni. Din it-teknoloġija hija partikolarment utli fil-manifattura tal-grafika taċ-ċirkwiti diġitali interkonnessi minħabba li dawn qed isiru dejjem aktar integrati u għalhekk jeħtieġu żieda fid-densità tal-wajers.
Riċerkaturi mill-Ġappun' sDISCOkumpanija tuża l-istess laser biex twettaq kemm il-micromachining kif ukoll il-kontroll tal-proċess, u b'hekk tgħaqqad it-tnejn.
F'dan il-każ, laser ultrafast jintuża biex iħaffer toqba għomja fuq substrat ta 'saff doppju. Is-saff ta 'fuq huwa materjal trasparenti 80 μ m u s-saff t'isfel huwa film tal-metall oħxon 20 μ m. Sabiex tikkontrolla b'mod preċiż in-numru ta 'impulsi tal-lejżer, sabiex il-firxa tal-ablazzjoni tkun limitata għas-sottostrat trasparenti, huwa meħtieġ li tuża analizzatur tal-ispettru biex tissorvelja l-emissjoni tal-plażma, jiġifieri, billi tuża teknoloġija tal-ispettroskopija tat-tqassim indotta bil-lejżer (LIBS). .
Figura 3: forma tal-qalba tal-fibra tal-kagome.
Minħabba li l-emissjoni fil-plażma għandha spettru ta 'emissjoni uniku skont it-tip ta' atomi ablated, tista 'tiskopri f'waqtha u b'mod preċiż meta s-saff trasparenti jkun kompletament ablat. Metodu ieħor huwa li l-iskaner tal-poligonu jista 'jikseb veloċità tal-iskannjar ta' aktar minn 100 m / s. Dan it-tip ta 'mera waħda jista' jdur b'veloċità għolja, u jista 'jissostitwixxi kompletament il-mera ta' inerzja baxxa li tista 'tirrifletti biss ir-raġġ fid-direzzjoni X u Y. Jekk ir-rotazzjoni tal-polz tal-lejżer u l-mera poliedrika jistgħu jiġu sinkronizzati b'mod preċiż, punt wieħed biss fuq kull wiċċ jista 'jaffettwa l-ipproċessar tal-kampjun. F'dan il-każ, il-proċess ta 'micromachining huwa simili għal proċess diġitali, jiġifieri, il-laser jeħtieġ li jkun ikkontrollat biex jinxtegħel u jintefa biex jipproduċi l-grafika meħtieġa. Sabiex jinkisbu riżultati ideali, huwa meħtieġ li tinkiseb sinkronizzazzjoni preċiża ħafna bejn il-lejżer u l-iskaner, u l-preċiżjoni tal-manifattura tal-mera poliedrika hija għolja ħafna, u l-ipproċessar jeħtieġ li jkun iddisinjat bir-reqqa. F'kooperazzjoni mal-amplitudesyst è l-MES u l-kumpanija Nextscan fil-Belġju, il-Professur għeleb lil Neenschwander tal-Università ta 'Bern tax-Xjenzi Applikati fl-Isvizzera realizza l-immudellar tal-wiċċ b'veloċità għolja bi preċiżjoni tal-pożizzjonar tal-mikron billi juża l-laser ultrafast 500 kHz.
Iktar innovazzjonijiet fil-propagazzjoni tar-raġġi għadhom fix-xogħlijiet. Is-sistema ta 'trasmissjoni tal-fibra ottika tagħmel l-industrija tal-ipproċessar tal-lejżer dehra ġdida, u l-klassi industrijali tal-laser ultrafast għadha ma tistax tibbenefika minn dan sa ftit ilu. Minħabba l-limitazzjoni tar-raġġ tal-qalba tal-fibra żgħira u l-intensità tal-quċċata għolja ħafna tal-polz ultrarapidu, l-effett serju mhux lineari se jiġi prodott, li eventwalment iwassal għal degradazzjoni tal-fibra. Sabiex teħles minn din il-limitazzjoni, ġiet żviluppata fibra tal-istruttura mikro vojta, iżda d-dijametru tal-qalba huwa limitat għal ftit mikroni, li huwa żgħir wisq għal applikazzjoni prattika. L-iżvilupp ta 'żona ta' mod kbir ta 'struttura ta' mikro-struttura kagome miksi twitti t-triq għat-trasmissjoni tal-fibra ta 'enerġija għolja u qawwa għolja femtosecond raġġ tal-lejżer. Din il-qalba tal-fibra vojta speċjali bil-forma ta 'rota interna ta' l-għażil li tillimita l-mod tal-lejżer ma tħallix milli tinteraġixxi mal-mikrostruttura tal-fibra u tgħaqqad in-nuqqas ta 'linearità baxxa, qasam tal-qasam tal-mod kbir, u kontroll deċentralizzat flessibbli. Billi kkoopera ma 'Glo photonics fi Franza, l-amplitudni Syst è MES kienet kapaċi tittrasmetti pulsazzjonijiet ta' livell milliJoule għal distanza ta 'diversi metri, filwaqt li tiżgura li l-polz idum huwa inqas minn 500 fs. F'esperiment ieħor bl-għodda fotonika, laser bil-polz b'qawwa medja ta ' 100 W jista' jiġi trasmess, u kompressjoni tal-polz ta 'inqas minn 100 fs tista' tiġi realizzata. Timijiet oħra u manifatturi tal-lejżer qed jużaw malajr ukoll fibra tal-kagome biex jiżviluppaw sistemi ta 'trasmissjoni flessibbli (kif muri fil-Figura 4). Nistgħu nistennew tibdil iktar fil-fond fit-teknoloġija tal-ipproċessar tal-lejżer ultrarapidu fil-ftit snin li ġejjin.
Bl-iżvilupp ulterjuri tal-prinċipju ta 'interazzjoni bejn il-laser b'impuls qasir u l-materja u l-iżvilupp tat-teknoloġija fil-kontroll tar-raġġ u s-sistema ta' trasmissjoni, il-laser ultrafast daħal fil-ħajja tagħna ta 'kuljum. Permezz tal-aktar proċess ta ’pproċessar industrijali avvanzat, dan jibdel il-mod kif inħarsu lejn l-affarijiet, nikkomunikaw, u naħdmu. Se tkun iċ-ċavetta biex fil-futur timmanifattura apparat elettroniku tal-konsumatur aktar kumpless.