Ultrafast lazerlar (pikosekundlar yoki femtosekundlar) mikroelektronika va nanoelektronika qurilmalarini ishlab chiqish va ishlab chiqarish uchun kino naqshlarini qayta ishlashda tobora ko'proq foydalanilmoqda. Uning mahsulotiga fotovoltaik hujayralar, displeylar, sensorlar yoki katta formatli organik elektron mahsulotlar kiradi. Ultrafast lazerlarning asosiy afzalliklari cheklangan issiqlik effekti va tez energiya tarqalishidir, bu esa ularni amalga oshirishga yordam beradinaqshmurakkab ultra yupqa ko'p qatlamli kino tuzilmalarini qayta ishlash.
Nanomateriallar davri kelishi bilan juda yuqori tezlikli, yuqori samarali va miniatyurali uskunalar uchun yangi ishlov berish imkoniyatlari mavjud. Biroq, qalinligi bir xil atom qatlamidan past bo'lgan yangi nanomateriallarni qayta ishlash texnik jihatdan juda qiyin. Ushbu maqolada, atom darajasidagi ikki o'lchovli uglerod panjaralarini rangli ishlov berish uchun ultrafast lazerlardan foydalanish, ya'ni grafen tasvirlangan.
Grafen va lazer nurlanishi
So'nggi o'n yil ichida grafen noyob xususiyatlari va turli xil sohalarda, shu jumladan fotoelektr hujayralari, optoelektronika, sensorlar, kimyoviy reaktsiyalar va energiyani saqlash sohalarida qo'llanilishi tufayli katta e'tiborni jalb qildi. Sanoat kremniy mikroelektronikasi kabi an'anaviy usullarga asoslangan turli xil grafenli texnologiyalarni izchil ishlab chiqardi. Graf uskunalarini ishlab chiqarishda lazerli ishlov berish endigina qo'llanila boshlandi, ammo bu juda katta imkoniyatlarni namoyish etdi. Lazer nurlari grafen ustida turli xil muolajalarni amalga oshirish uchun ishlatilishi mumkin, shu jumladan lazer yordamida grafen o'sishi va turli substratlarda naqsh ablasiyasi.
Ultrafast lazerlari ko'p bosqichli fotolitografiya jarayonini almashtirish uchun bir bosqichli, to'g'ridan-to'g'ri yozish lazer jarayonidan foydalanishi mumkin. Bu nam ishlov berish natijasida grafen yuzasida hosil bo'lgan ifloslanishlardan saqlanish uchun juda muhim va juda foydali jarayon.
Grafen naqshini ablasiyasi
Qalinligi bir yoki bir nechta atom monolayerlari singari qalin bo'lishiga qaramay, keng elektromagnit spektrli oynada grafenning yorug'lik yutilish darajasi nisbatan yuqori. Bir qavatli to'xtatilgan grafen uchun ko'rinadigan yorug'likning aniq o'lchov qiymati 2,3% ni tashkil qiladi. Bundan tashqari, substratning xususiyatlariga va bog'lash yuzasiga qarab, ma'lum bir substratda grafenning yutilish darajasi 10 baravar yuqori bo'lishi mumkin. Foton zichligi yuqori bo'lgan ultrafast lazerlardan foydalanganda, singdirish tezligini yanada oshirish mumkin.
1-rasm: Katta o'lchamli grafen naqshlarining lazerli ablasiyasiga misol.
Bu grafenni aniq va samarali lazer bilan ablyatsiya qilish imkoniyatini beradi (1-rasm). Elektron dasturlar ko'pincha grafenni silikon substrat ustiga termal o'stiriladigan silikon oksidi ustiga qo'yishni talab qiladi. Ushbu tuzilishda grafenning yuqori samarali assimilyatsiya qilish qobiliyati, grafen yoki kremniy oksidiga zarar bermasdan, grafenni lazerli ablasyon bilan qayta ishlashni ta'minlaydi.
Grafning qalinligi atom darajasida bo'lganligi sababli, ishlov berishning umumiy vaqtini qisqartirish uchun bitta zarbali ablasyon usulini qo'llash mumkin. Xususiyat o'lchamlari 1μm yoki undan yupqaroqni olish mumkin va pastki to'lqin uzunligiga erishish uchun lazer yordamida yaratilgan multipotonli ishlov berishdan foydalanish mumkin.
Grafning fotokimyosi
Material yuzasini fotokimyoviy qayta ishlash - bu ma'lum bo'lgan usul. Ultrabinafsha nurlanish ostida, ichki fazaning siljishi yoki atrofdagi muhit (gaz, bug 'va suyuqlik) bilan reaktsiyasi natijasida material xususiyatlari o'zgaradi. Lazerli ishlov berishning fotokimyoviy xususiyatlaridan foydalanadigan eng keng tarqalgan dastur lazer nurlanishidan foydalangan holda multipoton polimerizatsiyasining qo'shimchali ishlab chiqarish jarayoni hisoblanadi. U polimerlar va kompozitlarni 3D kimyoviy ishlov berish uchun noyob ishlov berish vositalarini taqdim etadi. Xuddi shu narsa kuchli UB oksidlanishi natijasida kimyoviy ravishda o'zgartirilishi mumkin bo'lgan uglerod asosidagi grafenga ham tegishli.
Grafen elektron xususiyatlaridan yoki optik xususiyatlaridan qat'iy nazar noyob materialdir. Grafen, multototonning singishi, plazma hosil bo'lishi kabi chiziqli bo'lmagan optik effektlarni tasdiqladi (plazma bu elektron" ning kollektiv qo'zg'alishi; suyuqliklar" o'tkazuvchan materiallarda), Q-kommutatsiya va boshqalar. Bu chiziqli bo'lmagan optik effektlarni o'rganish orqali kutish mumkin. Grafning kimyoviy va optik xususiyatlarini o'zgartirish uchun yuqori intensivlik bilan ko'rinadigan yorug'lik ishlatilishi mumkin. 2-rasmda 515 nmli ultrafast lazer yordamida kislorod / suv atmosferasida grafenning mahalliy oksidlanishiga xos reaktsiya ko'rsatilgan.
2-rasm: Graf oksidlanish chiziqlaridagi elektron mikrograf.
Buning natijasi shundaki, u yuqori tezlikda ishlov berish usulida (sekundiga bir necha metrgacha ishlov berish tezligida an'anaviy optik skaner yordamida) sub-mikron piksellar bilan (izsiz) erkin tuzilmani yaratishi mumkin. Ekstremal kommutatsiya va o'tkazuvchanlik farqi, yorug'lik manevrligi va ıslanabilirliği kabi sirt xususiyatlari mavjud. Ushbu natija juda foydali va tezda biologik, xavfsizlik yoki aloqa sohalarida ishlatiladigan turli xil asbob-uskunalar yoki qurilmalarni ishlab chiqishi mumkin.
Grafning turli xil texnik xususiyatlari bugungi kunda elektronikada, mikro elektromexanik tizimlarda (MEMS) va mikro opto-elektromexanik tizimlarda (MOEMS) ishlatiladigan an'anaviy qattiq holatlardan ancha ustundir. Grafni yangi mikroelektron platformalarga birlashtirish uchun ushbu yangi xususiyatlarni yanada kengroq miqyosda, tezroq, yuqori ishlab chiqarish qobiliyatiga va yuqori darajadagi toza texnologiyalarga ega bo'lish uchun lazerli ishlov berishni qo'llash uchun o'rganish kerak.