Ултра брзи ласери (пицосекунде или фемтосекунде) све се чешће користе у обради филма узорака за развој и производњу микроелектронике и наноелектронских уређаја. Његове апликације за производ укључују фотонапонске ћелије, дисплеје, сензоре или органске електронске производе великог формата. Главне предности ултрабрзих ласера укључују ограничен топлотни ефекат и брзо расипање енергије, што помаже у реализацији овогшаблонобрада сложених ултра танких вишеслојних филмских структура.
Долазак ере наноматеријала пружа нове могућности за обраду изузетно брзе, високе ефикасности и минијатурисане опреме. Међутим, обрада таквих нових наноматеријала дебљине што је мања од једног атомског слоја технички је изузетно захтјевна. Овај чланак описује примјену ултра брзих ласера за обраду боје дводимензионалних угљеничних решетки на атомском нивоу, наиме графен.
Графен и ласерско зрачење
У посљедњих десет година графен је привукао велику пажњу због својих јединствених својстава и његове примјене у разним областима, укључујући фотонапонске ћелије, оптоелектронику, сензоре, хемијске реакције и складиштење енергије. Индустрија је сукцесивно развила разне технологије на бази графена засноване на традиционалним методама као што је силиконска микроелектроника. Ласерска обрада је тек почела да се користи у развоју опреме за графен, али је показала велики потенцијал. Ласерске зраке се могу користити за извођење различитих третмана графеном, укључујући ласерски раст графена и аблацију узорка на различитим подлогама.
Ултра брзи ласери могу користити једностепени ласерски процес за директно писање да би заменили поступак поступка фотолитографије у више корака. Ово је витални и изузетно користан поступак за избегавање нечистоћа које се формирају на површини графена услед влажне обраде.
Аблација графенског узорка
Иако је дебљина једнака само једном или неколико атомских монопласта, брзина апсорпције светла графена је релативно висока у широком прозору електромагнетног спектра. За једнослојни суспендовани графен тачна мерна вредност видљиве светлости износи 2,3%. Поред тога, у зависности од својстава подлоге и површине за везивање, апсорпција графена на одређеној подлози може бити чак 10 пута већа. Када се користе ултрабрзи ласери са великом густином фотона, брзина апсорпције се може додатно побољшати.
Слика 1: Пример ласерске аблације великих графенских образаца.
То омогућава могућност прецизне и ефикасне ласерске аблације графена (слика 1). Електронске апликације често захтевају да се графен постави на термички узгојен силицијум оксид на врху силиконске подлоге. У овој структури, висока ефикасност апсорпције графена осигурава да се графен може прерадити ласерском аблацијом без оштећења силицијума или силицијумовог оксида.
Пошто је дебљина графена на атомском нивоу, могуће је користити методу аблације једним пуцњем како би се скратило укупно време обраде. Величине карактеристика 1μм или чак тањи може се добити, а ласерско-индукована мултифотонска обрада може се користити за постизање резолуције подвалних таласних дужина.
Фотохемија графена
Фотохемијска обрада површине материјала је добро позната метода. Под ултраљубичастим зрачењем, због померања унутрашње фазе или реакције са околином (гас, пара и течност), својства материјала ће се мењати. Најчешћа примена која користи фотохемијска својства ласерске обраде је адитивни процес производње мултифотонске полимеризације ласерским зрачењем. Омогућава јединствене алате за обраду 3Д хемијске обраде полимера и композита. Исто важи за графен на бази угљеника који се такође може хемијски модификовати јаком УВ оксидацијом.
Графен је јединствен материјал без обзира на његова електронска или оптичка својства. Грапхене је потврдио нелинеарне оптичке ефекте, као што су мултифотонска апсорпција, стварање плазме (плазма је колективно побуђење електронских ГГ "течности ГГ" у проводљивим материјалима), пребацивање К итд. Истражујући ове нелинеарне оптичке ефекте, очекује се да се видљива светлост високог интензитета може користити за промену хемијских и оптичких својстава графена. Слика 2 приказује типичну реакцију локалне оксидације графена коришћењем 515 нм ултра брзог ласера у атмосфери кисеоник / вода.
Слика 2: Електронска микрографија трака за оксидацију графена.
Резултат тога је да може да произведе слободну структуру са резолуцијом испод микрона (без трага) методом брзе обраде (са традиционалним оптичким скенером при брзини обраде до неколико метара у секунди). Има површинске карактеристике попут екстремне разлике у пребацивању и проводљивости, чиме се добија лагана маневрисљивост и могућност влажења. Овај резултат је веома користан и може брзо да развије разноврсну опрему или уређаје који се користе у биолошком, безбедносном или комуникационом пољу.
Различите техничке карактеристике графена далеко надмашују традиционалне чврсте материјале који се данас користе у електроници, микро-електромеханичким системима (МЕМС) и микро-опто-електромеханичким системима (МОЕМС). Ове нове карактеристике треба додатно истражити како би се омогућила употреба ласерске обраде за добијање технологија са већим обимом, већом брзином, већом обновљивошћу и бољом чистоћом како би се интегрирао графен у нове микроелектронске платформе.