LÉZERSUGARAS MIKROMEGMUNKÁLÁS Sánta Imre Dr. Habil, egyetemi docens Meiszterics Zoltán PHD hallgató Told Roland Végzős fizikus hallgató Pécsi Tudományegyetem Természettudományi Kar, Fizikai Intézet santa@fizika.ttk.pte.hu
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 d = Leképezési hibák kromatikus aberráció szférikus aberráció kóma asztigmatizmus fókuszfelület görbülés párna-, hordó torzítás 0 4λ 4λ = π Θ π D F
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 TEM 00 módusúlézer (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 SÁNTA I. ET AL : LÉZERSUGARAS MIKROMEGMUNKÁLÁS
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 100.00k U (V), I (A) 0.00-100.00k -200.00k Ikap Im arx Uc1 Ukap Um arx -300.00k 0.00 500.00n 1.00u 1.50u 2.00u Time (s) Gáznyomás: p Ar =0,1 2 mbar Feszültség: U kap =200kV Csúcsáram: I kap =30kA Kapilláris hossza l kap =450mm Kapilláris sugara r kap =1,5mm Gerjesztőkörkapacitása: C 1 =6nF - induktivitása: L= 500nH
Lágy Röntgen Lézer ( Pécsi Tudományegyetem, Fizikai Intézet) Paraméterek: 46,9 nm 1 ns 100 µj 1 mrad 0,34 mbar 0,32 mbar 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/cm 2 teljesítménysűrűségű lézer TEM felvétel igazolta Kérdések: az ablációval együtt járó visszalökés nem okoz-e mikrorepedéseket a reaktor 10 cm vastag acélfalán, Az abláltrészecskék 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. 50μm 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 SÁNTA I. ET AL : LÉZERSUGARAS MIKROMEGMUNKÁLÁS
A mikromegmunkálás eszközei Impulzus lézeres vékonyréteg építés (PLD) lézerfény target vákuumkamra gázbevezetés szubsztrát plume vákuum sztöchiometrikus nitrid, - oxid-, fluorid rétegek átlátszó vezetőrétegek, piro-és piezoelektromos szenzorrétegek, elektro-optikairétegek, ferroelekromosrétegek, óriás és kolosszális magnetorezisztenciát mutató többrétegrendszerek, nagy kritikus hőmérsékletű szupravezető oxidok (HTSC), biokompatibilis vékonyrétegek
A mikromegmunkálás eszközei Impulzus lézeres vékonyréteg építés (PLD) Cseppek és törmelékek Gázfázisban 1 nm Olvadékcsepp 100-300 nm Szilárd törmelék (durva target) Csökkentése: Target forgatása Pásztázás Ps, fsimpulzusok használata Target előfűtése
A mikromegmunkálás eszközei Impulzus lézeres vékonyréteg építés (PLD), direkt írás lézernyaláb nsés fslézerrel hordozó fémréteg szubsztrát mintázat
A mikromegmunkálás eszközei Impulzus lézeres vékonyréteg építés (PLD)
A mikromegmunkálás eszközei Impulzus lézeres vékonyréteg építés (PLD) Az ablációsorán 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!