激光刻蝕的案例
激光刻蝕數(shù)值仿真 ￥200
激光刻蝕是一種采用高能脈沖激光束在零件表面刻蝕出寬度為10~505μm、深度為5~1001μm的微細(xì)小槽，以改善材料表面潤滑特性的技術(shù)。本案例基于COMSOL軟件模擬了激光刻蝕的過程，仿真結(jié)果如圖所示：
感興趣的朋友，如想詳細(xì)了解仿真過程，可下載模型源文件進行查看，歡迎進行交流！
東華大學(xué)王宏志團隊ACS Nano:高性能Na+離子電致變色助力廉價顯示電子及物聯(lián)網(wǎng)器件
(a) MOF電極激光刻蝕制備流程圖；
(b)基于刻蝕MOF電極的多色電致變色器件；
(c)基于MOF電極中智能二維碼器件；
(d)可隱藏智能二維碼器件應(yīng)用于共享單車。
【小結(jié)】
研究團隊通過將兩種含有不同尺寸一維孔道(10 ? vs 33 ?)的MOF電極分別在Al3+、Li+、Na+和TBA+基電解液中進行測試，發(fā)現(xiàn)對于兩種電極，既不是離子半徑最小的Al3+離子也不是半徑最大的TBA+傳輸最為迅速。盡管Na+離子半徑要大于Li+離子和Al3+離子，卻有著最高的離子傳輸效率。研究團隊認(rèn)為同時有兩個重要的因素影響著離子傳輸：離子與傳輸路徑間的空間位阻和離子與MOF框架上負(fù)電基團的靜電相互作用。正是由于MOFs獨特的結(jié)構(gòu)導(dǎo)致其對不同離子脫嵌具有選擇性。基于該類具有離子傳輸選擇性的MOF材料，研究團隊制備了快速變色，且具有高光調(diào)制范圍與變色效率和良好的穩(wěn)定性的鈉離子電致變色電極。在此基礎(chǔ)上，通過無模板的激光雕刻法刻蝕變色層和電極，成功制備了多彩電致變色顯示器件與應(yīng)用于共享單車的可隱藏智能二維碼器件，證明了其在廉價電致變色和物聯(lián)網(wǎng)電子器件鄰域的發(fā)展?jié)摿Α?文獻連接：Ion-Transport Design for High-Performance Na+-Based Electrochromics (ACS Nano, 2018, DOI:10.1021/acsnano.8b00974)
展開 之江實驗室張磊教授/復(fù)旦大學(xué)魏大程教授《AFM》：面向塑料電子的高性能純絲素蛋白“紙”
與獲得廣泛研究的多相復(fù)合策略不同，本研究報道了一種微量離子介導(dǎo)的塑化策略，制備獲得了一種可進行形狀工程設(shè)計的純絲素蛋白“紙”，其可在干態(tài)情況下進行打印、激光蝕刻、機械雕刻以及揉搓而不發(fā)生斷裂（圖1），展現(xiàn)出優(yōu)良的自支撐、透明、透氣、易加工與可打印特性。
圖1 透明、可打印的高性能絲素蛋白“紙”
研究者制備的絲素“紙”材料具有優(yōu)異的綜合性質(zhì)（如圖2）。其透明性和低霧度性質(zhì)與PET薄膜相近，力學(xué)性質(zhì)（比強度、比剛度、拉伸模量以及斷裂韌性）均與皮膚相近，尤其是其斷裂韌性為14.4±4 kJ m-2，使其具有可形狀工程設(shè)計的能力，在表皮電子中展現(xiàn)巨大的應(yīng)用潛力。
圖2 絲素“紙”的高透明性與力學(xué)性質(zhì)
研究者利用激光刻蝕以及雕刻方法在絲素“紙”表面“自上而下”加工制備了電子器件（如圖3），包括電子標(biāo)簽（RF-ID）、觸覺單元和觸覺傳感陣列，并驗證了其有效性。此外，由于絲素“紙”材料的高韌性特征，使其可以用于形狀工程設(shè)計和加工，利用這一性質(zhì)，進一步制備了可與生物組織高共形貼附的生物網(wǎng)格以及基于剪紙結(jié)構(gòu)的肌電測試電極（EMG）。
圖3 絲素“紙”在電子標(biāo)簽、觸覺傳感陣列、生物網(wǎng)格以及剪紙EMG電極中的應(yīng)用展示。
本文共同第一作者為之江實驗室高級研究專員劉海濤博士（之江實驗室-復(fù)旦大學(xué)聯(lián)合培養(yǎng)博士后）和浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第四醫(yī)院特聘研究員魏威博士，通訊作者為之江實驗室研究專家張磊教授和復(fù)旦大學(xué)高分子系魏大程教授。復(fù)旦大學(xué)劉云圻院士和浙江大學(xué)歐陽宏偉教授在實驗階段和論文撰寫過程中提出了寶貴的建議。
展開 天天為＂芯＂而鬧，一文看晶圓制造主要設(shè)備一覽
一般的光刻工藝要經(jīng)歷硅片表面清洗烘干、涂底、旋涂光刻膠、軟烘、對準(zhǔn)曝光、后烘、顯影、硬烘、激光刻蝕等工序。經(jīng)過一次光刻的芯片可以繼續(xù)涂膠、曝光。越復(fù)雜的芯片，線路圖的層數(shù)越多，也需要更精密的曝光控制過程。
天天為＂芯＂而鬧，一文看晶圓制造主要設(shè)備一覽
一般的光刻工藝要經(jīng)歷硅片表面清洗烘干、涂底、旋涂光刻膠、軟烘、對準(zhǔn)曝光、后烘、顯影、硬烘、激光刻蝕等工序。經(jīng)過一次光刻的芯片可以繼續(xù)涂膠、曝光。越復(fù)雜的芯片，線路圖的層數(shù)越多，也需要更精密的曝光控制過程。
北理工趙揚研究員和清華曲良體教授《Nat. Commun.》：在無線充電微型超級電容器方面取得進展
該器件用活性炭涂覆的石墨紙經(jīng)激光刻蝕而成，由三個指狀組合型MSCs平行連接(芯片的中心，圖2a藍(lán)色部分)和具有一定圈數(shù)的無線充電線圈(芯片的外部，圖2a桔色部分)組成。共享電極（圖2a中的紫色線）用于連接MSC和WCC。有趣的是，研究者發(fā)現(xiàn)共享電極不僅可以充當(dāng)線圈的導(dǎo)線從磁場中收集能量，而且還可用作三個并聯(lián)的MSC的電極（圖2a中的藍(lán)線）。這主要是由于石墨紙(GP)具有低電阻、高電導(dǎo)率、出色的耐腐蝕性、低產(chǎn)熱量以及較高的工作電壓的優(yōu)點，即使在密封環(huán)境中，與金屬基線圈（如銅線圈）相比，石墨線圈作為IWC-MSC中的一個電極在電解質(zhì)中工作時也更穩(wěn)定。因此，研究者選擇將石墨作為無線充電線圈和MSC電極一體化器件的制備原料。
這種設(shè)計模式使該一體化器件在磁場中既具有無線充電能力，又有效縮短了不同的組件的連接距離，降低了整個器件的電阻。此外，平面型一體化器件有良好的柔韌性，可在90度彎曲狀態(tài)下保持良好的電化學(xué)性能，且其厚度遠(yuǎn)低于商業(yè)薄膜電容器。
圖3.一體化器件中MSC的優(yōu)化過程及優(yōu)化后的電化學(xué)性能。
通過對該一體化器件中微型超級電容器和無線充電線圈結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，該工作得到了能量密度最大為463.1 μWh cm-2的微型超級電容器，該能量密度高于混合微型超級電容器在內(nèi)的所有平面型微型超級電容器甚至是商用薄膜電池(350 μWh cm-2)。
研究者認(rèn)為MSC具有高能量密度和高電容值的主要原因有以下幾點：1.離子液體電解質(zhì)的寬電壓窗口大大提高了電容器的能量密度；2. 電解液離子與電極之間的靜電相互作用使電容器的儲能作用大大提高，并且小部分的[EMIM]+離子在2.2 V的電壓下插入到石墨層間，提供了額外的贗電容，同樣增加了電容器的容量；3.
展開 基于comsol的激光表面加工仿真 ￥2200
激光加工是利用光的能量經(jīng)過透鏡聚焦后在焦點上達到很高的能量密度以熔合材料或去除材料以及改變材料的表面性能，主要靠光熱效應(yīng)來加工。激光加工不需要工具、加工速度快、表面變形小，可加工各種材料。用激光束對材料進行各種加工，如打孔、切割、劃片、焊接、熱處理等。某些具有亞穩(wěn)態(tài)能級的物質(zhì)在外來光子的激發(fā)下會吸收光能，使處于高能級原子的數(shù)目大于低能級原子的數(shù)目-粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，若有一束光照射，光子的能量等于這兩個能相對應(yīng)的差，這時就會產(chǎn)生受激輻射，輸出大量的光能。
激光加工包括激光切割，激光焊接，激光鉆孔，激光打孔，激光微調(diào)，激光熱處理等方式。
激光雕刻加工是激光系統(tǒng)最常用的應(yīng)用。根據(jù)激光束與材料相互作用的機理，大體可將激光加工分為激光熱加工和光化學(xué)反應(yīng)加工兩類。激光熱加工是指利用激光束投射到材料表面產(chǎn)生的熱效應(yīng)來完成加工過程，包括激光焊接、激光雕刻切割、表面改性、激光鐳射打標(biāo)、激光鉆孔和微加工等；光化學(xué)反應(yīng)加工是指激光束照射到物體，借助高密度激光高能光子引發(fā)或控制光化學(xué)反應(yīng)的加工過程。包括光化學(xué)沉積、立體光刻、激光雕刻刻蝕等。（轉(zhuǎn)載至：百度百科）
本模型采用激光熱源和動網(wǎng)格，來描述激光加熱表面，使其氣化后的形貌表現(xiàn)。采用9微米的光斑，在一個區(qū)域掃過兩遍，完成表面清洗的工作。
Q為激光功率；
Ua為表面吸收率；
R_in為入射光斑半徑；
X1為入射激光中心坐標(biāo)，隨時間變化。
展開 “硅”助力超疏水 一文帶你了解超疏水材料的技術(shù)
刻蝕法
刻蝕技術(shù)是指通過物理或化學(xué)的方法將目標(biāo)物表面刻蝕成微粗糙形貌的過程，激光刻蝕、等離子刻蝕、化學(xué)刻蝕、光刻蝕是較為常用的幾種微刻蝕方法。刻蝕法可以對表面結(jié)構(gòu)進行較為精確的操作和設(shè)計，從而調(diào)控表面的疏水性，但是成本較高且不宜大面積制備。
Qi 等采用金屬離子（如Cu2+、Ag+、Cr3+） 輔助化學(xué)蝕刻法對鋅基板處理后得到粗糙結(jié)構(gòu)表面，通過氟硅烷改性后測得的水接觸角達（161±2）°。此外，他們還探究了不同金屬離子對表面形貌及疏水性能的影響，發(fā)現(xiàn)金屬離子的加入可以增強超疏水表面的強度和穩(wěn)定性。
Sung-Woon 等以SF6為等離子體源，用等離子體刻蝕法得到了微米級棒狀結(jié)構(gòu)的硅表面，再以C4F8為等離子體源，在具有微米級棒狀結(jié)構(gòu)的硅表面沉積一層碳氟膜，經(jīng)測試，與水的接觸角為165°。
相分離法
相分離法是在成膜過程中，通過控制條件，使體系產(chǎn)生兩相或多相，形成均一或非均一膜的成膜方式。這種方法實驗條件易調(diào)控，操作簡單，可制備均勻、大面積的超疏水薄膜，在實用方面有較大價值。
化學(xué)氣相沉積法
化學(xué)氣相沉積法是一種簡單、高效、廉價且不受基底形狀限制的制備粗糙結(jié)構(gòu)的有效方法。
鄧濤等用化學(xué)氣相沉積法在硅晶片上制備排列致密的納米線結(jié)構(gòu)。他們將清洗過的硅片放置在電感耦合等離子體箱內(nèi)，一邊刻蝕一邊沉積得硅納米線，再用氟硅烷修飾，制成線寬約為100 nm 的硅納米線表面結(jié)構(gòu)。
靜電紡絲法
靜電紡絲是近年來發(fā)展起來的一種制備微/納米級纖維的新工藝，它是將聚合物溶液或熔體置于高壓靜電場中，在電場庫侖力的作用下被拉伸形成噴射細(xì)流，細(xì)流落在基板上形成微/納米纖維膜。
江雷等采用靜電紡絲技術(shù)構(gòu)筑粗糙表面，再使用廉價的低表面能物質(zhì)硅油在煅燒過程中進行同步修飾，制備出接觸角大于150°、滾動角小于5°的TiO2超疏水表面。
展開 中國SiC，“挖坑”了嗎？
SiC MOSFET供應(yīng)商派恩杰是國內(nèi)SiC領(lǐng)域上車的先行者之一，此前派恩杰的杰創(chuàng)始人黃興博士也曾談到，SiC材料與硅基不同，由于碳化硅有優(yōu)異的性能可使激光刻蝕無限量縮小pitch，從而達到更好的HDFM效率。因而不需要如硅基芯片一樣挖溝槽來縮Pitch。未來幾年，平面型MOSFET技術(shù)依然是車用碳化硅MOSFET的主流。基于平面柵結(jié)構(gòu)，派恩杰已經(jīng)發(fā)布了650V-1700V各個電壓平臺的SiC MOSFET，而且已經(jīng)順利在新能源龍頭企業(yè)批量供貨，實現(xiàn)“上車”。
至于未來國產(chǎn)SiC廠商何時要“挖溝”目前還不好說。但即使要邁向溝槽柵結(jié)構(gòu)，對國內(nèi)廠商而言也不是易事，如上文所述，溝槽柵的設(shè)計難度極高，而且對制造工藝也有很高的要求。國際大廠往往采用IDM模式，可將制造與自身設(shè)計進行不斷地試驗，國產(chǎn)廠商一般采用的是FablessMOS，要跨入溝槽式想必還有一段時日。
除此之外，溝槽結(jié)構(gòu)的高專利壁壘也是國產(chǎn)廠商要邁過去的坎兒。國際SiC巨頭在SiC MOSFET領(lǐng)域布局多年，也積累了不少專利。因此，持有關(guān)鍵專利的老牌SiC廠商有望在市場上獲得長期競爭優(yōu)勢。下圖是Yole統(tǒng)計的SiC專利持有者的情況。雖然許多公司都在專注于建立垂直整合的供應(yīng)鏈以確保其SiC業(yè)務(wù)的長期發(fā)展，但很少有公司在整個SiC價值鏈上開發(fā)出強大的專利組合，國產(chǎn)SiC廠商仍有很大的發(fā)展空間。
各企業(yè)的SiC專利組合概覽
（來源：Yole）
寫在最后
所有的新技術(shù)在發(fā)展初期都會存在各種困難，有些困難可以預(yù)測，有些不可以。
展開 淺析激光切割對飛機蒙皮材料力學(xué)性能的影響
激光加工是利用激光聚焦后在焦點達到很高的能量密度進行加工的工藝方法，按照其加工機理，可分為光熱效應(yīng)加工和光化學(xué)反應(yīng)加工，其中大部分為光熱效應(yīng)加工，如激光切割、激光焊接、激光制孔、激光雕刻、激光3D 打印、激光熱處理等，而光化學(xué)沉積、立體光刻、激光雕刻刻蝕則屬于光化學(xué)反應(yīng)加工。在國外，激光加工技術(shù)被譽為“萬能的加工工具”、“未來制造系統(tǒng)的共同加工手段”，而二十一世紀(jì)被譽為“光加工時代”。可見激光加工在制造業(yè)中的地位越來越重要。
激光切割是激光加工中發(fā)展最為成熟的一種技術(shù)，由于其切割范圍廣、速度高、切縫窄、熱影響區(qū)小、加工柔性好等優(yōu)點而廣泛應(yīng)用于各種加工領(lǐng)域。近年來，激光切割技術(shù)在新材料、精細(xì)加工和大批量生產(chǎn)中體現(xiàn)出了明顯的優(yōu)勢，更好地解決了某些復(fù)雜結(jié)構(gòu)的難加工問題。激光切割是用不可見的光束代替了傳統(tǒng)的刀具，激光刀頭的機械部分與工件無接觸，不產(chǎn)生切削力，對工具的夾持要求低，輔助工裝減少。盡管激光切割有諸多優(yōu)勢，但是，激光切割屬于熱切割，而飛機蒙皮材料( 常用鋁合金，如2A12) 又是高反射率材料，激光切割過程屬于熔化切割，切縫會產(chǎn)生熱影響區(qū)及熱致微裂紋。美國Sikorsky Aircraft 公司Michael Urban 的試驗表明，激光切口邊緣比鉚合結(jié)構(gòu)能承受更大的應(yīng)力，具有更好的疲勞性能。另外，試驗結(jié)果表明，飛機蒙皮材料激光切割的熱影響區(qū)成分中不含有氮元素，含有少量氧元素，可見激光切割過程輔助氣體氮氣沒有與材料發(fā)生反應(yīng)，而空氣中的氧氣使切口表面發(fā)生氧化，在一定程度上提高了耐腐蝕性。因此，本文通過對激光切割飛機蒙皮材料的拉伸、壓縮以及剪切性能的測試，分析對其力學(xué)性能的影響程度。
展開 天空輻射制冷技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與展望
除濕度、云量、風(fēng)速等氣候因素，表面污染、積水等也會對輻射制冷性能產(chǎn)生顯著影響，針對該問題，已有研究利用飛秒激光刻蝕、模版法等方法對輻射材料表面進行改進使其具有自清潔功能。Liu Bingying 等模仿甲蟲、撒哈拉銀蟻和荷葉的結(jié)構(gòu)和功能開發(fā)了一種分層自清潔多孔涂層。Wu Junrui 等通過飛秒激光燒蝕技術(shù)制造了具有珊瑚狀微納結(jié)構(gòu)的分層 PTFE 薄膜，Wang Huidi 等開發(fā)了一種由 EPDM 和疏水性 SiO2 顆粒組成的多孔復(fù)合膜。即使在高濕度和強陽光照射下，這些材料仍有良好的疏水性、抗破壞性和熱穩(wěn)定性。
2.3 動態(tài)輻射制冷材料
由于靜態(tài)輻射制冷材料不具備自行調(diào)節(jié)紅外輻射的能力，在夜間或非制冷季節(jié)易造成過度冷卻，因此能夠主動或被動響應(yīng)外界變化而動態(tài)調(diào)節(jié)自身光學(xué)性能的智能材料受到廣泛關(guān)注。動態(tài)輻射制冷利用發(fā)射率可變的材料來實現(xiàn)加熱或冷卻需求變化時紅外輻射的自行調(diào)節(jié)，目前其研究主要包括熱致變色、電致變色和機械應(yīng)變響應(yīng)等。
熱致變色是指物質(zhì)的顏色隨溫度變化而發(fā)生改變的現(xiàn)象，屬于可逆化學(xué)變化。其中二氧化釩(VO2，相變溫度約為 68℃) 和硫系化合物(GST，相變溫度約為 150℃) 熱致變色材料在相變前為紅外透射率高的半導(dǎo)體態(tài)，相變后為紅外吸收率高的金屬態(tài)。Tang Kechao 等將 WxV1-xO2 嵌入到銀膜上層的 BaF2 介質(zhì)層中，其結(jié)構(gòu)如圖 3(a) 所示，通過吸收共振的設(shè)計可將材料室溫?zé)岚l(fā)射率從半導(dǎo)體態(tài)的 0.20 切換至金屬態(tài)的 0.90。Xu Ziquan 等通過控制激光脈沖的頻率加熱以替代傳統(tǒng)加熱方式，使 GST 膜發(fā)生非易失性相變和可重構(gòu)性凸起，材料發(fā)射率峰值可在 0.1 和 0.7 間切換，該方法為熱輻射控制開辟了新的途徑。
展開 
飛秒脈沖激光空間光場調(diào)控的微透鏡陣列制備技術(shù)進展
圖 1（c）飛秒激光制備流程
本文也針對影響加工質(zhì)量的參數(shù)進行了分析與實驗。
在微透鏡的制備過程中，濕法刻蝕是決定微透鏡表面質(zhì)量和尺寸的關(guān)鍵因素。
在濕法刻蝕過程中，影響結(jié)構(gòu)形貌的主要參數(shù)是溶液濃度和刻蝕時間。
溶液濃度決定刻蝕速率：在相同濃度的情況下，刻蝕時間決定材料最終去除量。
微透鏡的深度主要取決于各向異性刻蝕過程中飛秒激光燒蝕改性的深度。在相同數(shù)值孔徑的物鏡聚焦的情況下，其燒蝕改性的深度主要取決于飛秒激光的能量。
空間光場調(diào)制技術(shù)實現(xiàn)高效可控的微透鏡陣列的制備
（1）并行復(fù)雜排列的微透鏡陣列的制備
為了提高加工效率以及激光能量利用率
這里使用德國HOLOEYE反射式的液晶相位調(diào)制器（LETO-VIS-009）作為空間光場調(diào)制的手段。
基于LC-SLM的并行飛秒激光加工系統(tǒng)如圖 2（a）所示，波長 514 nm，脈寬為230 fs的飛秒激光經(jīng)過LC-SLM進行空間光場調(diào)制后，利用 4f 光路將調(diào)制之后的光場相位分布投影到物鏡入瞳，經(jīng)過物鏡之后，在物鏡焦平面形成多個焦點，實現(xiàn)多點并行加工。
圖2基于空間光場調(diào)制的多點加工原理
為了提高飛秒激光的能量利用率
4f 系統(tǒng)使用了焦距分別為 400 mm和300 mm的透鏡，可以在投影的同時實現(xiàn)縮束效果，從而在充分利用物鏡數(shù)值孔徑的基礎(chǔ)上充分利用飛秒激光的能量。
展開 2.5D3D封裝
（圖8：3 種 TSV 通孔生成方式）
資料來源：知乎，國盛證券研究所
（圖9：3 種 TSV 通孔生成各環(huán)節(jié)方式優(yōu)劣勢對比）
資料來源：《TSV:via ?rst via middle or via last 》，國盛證券研究所
TSV 工藝主要包括深硅刻蝕形成微孔，再進行絕緣層、阻擋層、種子層的沉積，深孔填充，退火，
CMP 減薄，Pad 的制備疊加等工藝技術(shù)。
（圖10：TSV 主要工藝流程示意圖）
資料來源：《高密度 2.5D TSV 轉(zhuǎn)接板關(guān)鍵技術(shù)研究》，國盛證券研究所
孔成型：孔成型的方式有激光打孔、干法刻蝕、??法刻蝕多種。隨著 TSV 的空徑減小、深寬比增加，基于深硅刻蝕（Deep Reactive Ion Etching，DRIE）的 Bosch工藝是目前應(yīng)用最廣泛工藝。反應(yīng)離子刻蝕（Reactive Ion Etching，RIE）工藝是采用物理轟擊和化學(xué)反應(yīng)雙重作用的刻蝕，Bosch 工藝通過刻蝕和保護兩個步驟交替進行來提高 TSV 的各向異性，保證 TSV 通孔的垂直度。
沉積絕緣層：TSV 孔內(nèi)絕緣層用于實現(xiàn)硅村底與孔內(nèi)傳輸通道的絕緣，防止 TSV通孔之間漏電和串?dāng)_。TSV 孔內(nèi)絕緣層的質(zhì)量將直接影響 TSV 硅轉(zhuǎn)接板的信號完整性和電源完整性，是保證 2.5D TSV 轉(zhuǎn)接板性能的關(guān)鍵工藝之一。在 TSV 孔刻蝕和深孔清洗完畢后，在 TSV 孔壁沉積絕緣材料形成孔壁介質(zhì)絕緣層， 孔壁絕緣介質(zhì)層需要完全覆蓋 TSV 孔的內(nèi)壁和 TSV 硅轉(zhuǎn)接基板表面以達到良好的絕緣性能。TSV 孔壁絕緣介質(zhì)材料選用無機介質(zhì)材料，如二氧化硅、氮化硅、或二氧化硅和氮化硅構(gòu)成的復(fù)合材料。
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