01 Kirish
Fan va texnologiyaning uzluksiz rivojlanishi va yangi materiallarning keng qo'llanilishi bilan zamonaviy ishlab chiqarish tez sur'atlar bilan engil, miniatyuralashtirilgan va yuqori aniqlikdagi yo'nalishlarga-rivoj topmoqda. Mikroelektronika, optoelektronika va mikro{2}}elektromexanik tizimlar (MEMS) kabi sohalarda mikro-nano tuzilmalarning ulanishi va integratsiyasi ayniqsa muhimdir. Uzoq{5}}impulsli lazer bilan ishlov berish yoki elektr razryadli ishlov berish kabi anʼanaviy ishlov berish usullari koʻpincha sezilarli issiqlik taʼsir qiladigan zonalar (HAZ) bilan birga keladi, bu esa materialning deformatsiyasiga, mikro yoriqlar yoki qayta ishlangan qatlamlarga osonlikcha olib kelishi mumkin, bu esa yuqori aniqlikdagi oʻzaro bogʻlanish talablariga javob berishni qiyinlashtiradi-va mikro{8}}. Odatda femtosekund (fs) yoki pikosoniya (ps) diapazonida puls kengliklariga ega lazerlarga ishora qiluvchi oʻta tezkor lazerlar oʻta yuqori quvvat zichligi va ultra-qisqa oʻzaro taʼsir qilish vaqti tufayli aniq ishlab chiqarish uchun yangi yechim taqdim etadi. Xususan, ultra tezkor lazer mikro-nano payvandlash (Nano Payvandlash) anʼanaviy payvandlashning termal diffuziya cheklovlarini yengib oʻtishi va mikro-nano miqyosda aniq ulanishlarga erishishi mumkin. Ushbu texnologiya atrofdagi tuzilmalarga zarar etkazmaslik uchun juda kichik joylarda erish va bog'lanishga erishish uchun ultratezkor lazerning materiallar bilan o'zaro ta'sirining chiziqli bo'lmagan ta'siridan foydalanadi. Ultratez lazer mikrotuzilmalarini qayta ishlash sohasidagi so‘nggi yutuqlarga asoslanib, ushbu maqola ultratezkor lazer mikro{16}}nano payvandlashning asosiy tamoyillarini, asosiy jarayon parametrlarini va uning turli materiallar tizimlarida qo‘llanilishini tushuntirishga qaratilgan.
02 Ultra{1}}Tez lazerli payvandlash printsipi
Ultratez lazer mikro{0}}nano payvandlashning asosiy mexanizmi termodinamik jarayon va mahalliy maydonni kuchaytirish effektida yotadi. Asosiy printsip shundaki, ultrafast lazer va material o'rtasidagi o'zaro ta'sir orqali payvandlanadigan mikro tuzilmalarning aloqa interfeysi mahalliy eritishdan o'tadi va shu bilan bo'shliqlarni yo'q qiladi va barqaror aloqani hosil qiladi. Nanosimlar kabi pastki to'lqin uzunlikdagi tuzilmalarni payvandlash jarayonida femtosekund lazer nurlanishi lokal plazma rezonansini keltirib chiqarishi mumkin, bu esa nanosimlarning kesishish nuqtalarida yoki aloqa joylarida mahalliy yuqori -haroratli maydonlarni hosil qiladi, bu esa nanosimlarni ulash, kesish yoki shaklini o'zgartirish imkonini beradi. Ushbu texnologiyaning muhim afzalligi uning juda yuqori issiqlik lokalizatsiyasidir. Ultra tezkor lazerning ultra qisqa puls kengligi (odatda femtosekund shkalasida) tufayli issiqlik tarqalishi sezilarli darajada bostiriladi, bu umumiy haroratni 10⁻¹² soniya ichida muvozanatga erishishga imkon beradi. Ushbu o'ta tezkor termal gevşeme mexanizmi yuqori haroratning faqat plazma rezonansi sodir bo'lgan mahalliy hududlar bilan chegaralanishini ta'minlaydi, rezonans zonasidan tashqarida nanosim strukturasining hududlari yuqori haroratdan zarar ko'rmaydi va shu bilan qurilmaning umumiy strukturaviy yaxlitligini saqlaydi. Bundan tashqari, payvandlash jarayoni parametrlarini tanlash payvandlash sifatiga hal qiluvchi ta'sir ko'rsatadi. Tadqiqotlar shuni ko'rsatdiki, past impuls energiyasi bilan birgalikda yuqori zarba takrorlash tezligidan foydalanish mo'rt intermetalik birikmalar hosil bo'lishini samarali ravishda kamaytirishi, payvandlash nuqsonlari paydo bo'lishini kamaytirishi va metall materialning haddan tashqari ablatsiyasining oldini olishi mumkin.
Shakl 1. Ultratez lazerning kremniy bilan o'zaro ta'sirining chiziqli bo'lmagan ionlashuvi, plazma evolyutsiyasi va termodinamik mexanizmlarining sxematik diagrammasi.
2-rasm. Ultratez lazerli mikro-nano payvandlashda metallar va metall bo'lmagan materiallarning energiya to'plash mexanizmlari va fazali transformatsiya jarayonlarini taqqoslash.
03 Ultrafast lazerli payvandlash ilovalari
Hozirgi vaqtda ultratezkor lazer mikro-nano payvandlash texnologiyasi turli oʻtkazuvchan mikro-nano tuzilmalarni ulashda keng qoʻllanilmoqda. Materiallarning xususiyatlariga ko'ra, uni asosan metall mikro{3}}nano tuzilmali payvandlash, yarimo'tkazgichli nanomaterial payvandlash va o'xshash bo'lmagan materiallarni hetero-bo'g'inli payvandlashga bo'lish mumkin. Ushbu uchta dastur stsenariysida ultrafast lazerlar an'anaviy jarayonlarga nisbatan sezilarli afzalliklarni ko'rsatdi.
Metall mikro-nano konstruksiyalarning aniq o‘zaro bog‘lanishi nuqtai nazaridan, an’anaviy mikro-payvandlash texnologiyalari issiqlik kiritishni aniq nazorat qilishda qiyinchilik tufayli mikron- yoki nanometr-o‘lchovli metall simlar bilan ishlov berishda ko‘pincha qattiq termal ortiqcha ta’sirlarga duch keladi. Bu haddan tashqari termal yuk nafaqat nozik metall simlarni osonlik bilan eritibgina qolmay, balki bir-biriga o'xshash bo'lmagan metallarning birlashmalarida mo'rt intermetalik birikmalar hosil qiladi, buning natijasida past mexanik kuch va tez-tez payvandlash nuqsonlari paydo bo'ladi. Bundan farqli o'laroq, o'ta tezkor lazerli payvandlash, yuqori impulslarni takrorlash tezligini past puls energiyasi bilan birlashtirgan noyob jarayon strategiyasidan foydalangan holda, bu qiyinchiliklarni samarali yengib chiqadi. Yuqori takrorlash chastotasi va past energiyaning bu sinergiyasi payvandlash uchun etarli energiya to'planishini ta'minlaydi, shu bilan birga metall materialning haddan tashqari ablatsiyasini sezilarli darajada kamaytiradi va shu bilan mo'rt intermetalik birikmalar hosil bo'lishini samarali ravishda bostiradi va payvand choki nuqsonlarini minimallashtiradi.
Muayyan ilovalarda tadqiqotchilar ushbu texnologiyadan birinchi bo'lib Ag mikro simlarini Cu substratlariga payvandlashda foydalanishdi va bu uning mikroelektron o'zaro bog'lanish imkoniyatlarini namoyish etdi. Bundan tashqari, nanooʻlchamli Ag{2}}Ag bir hil metall nanosimlar uchun tadqiqotchilar nanosimlarni taxminan 90 mJ/sm² energiya zichligida 35 fs ultra qisqa impulslar yordamida muvaffaqiyatli payvand qilishdi. Olingan bo'g'inlar nafaqat strukturaviy jihatdan buzilmagan, balki mukammal elektr o'tkazuvchanligi va mexanik kuchini ham saqlab qolgan.
Yarimo'tkazgichli nanomateriallarning buzilmaydigan ulanishida an'anaviy global isitish yoki kontaktli payvandlash jarayonlari yarimo'tkazgich materiallarining yuqori mo'rtligi va issiqlik sezgirligi tufayli nanosimlarning kristall tuzilishiga osonlikcha zarar etkazishi yoki-payvandlanmagan joylarda termal shikastlanishga olib kelishi mumkin. Ultrafast lazerli payvandlash bu muammoni o'zining noyob lokalizatsiyalangan plazma rezonans mexanizmi orqali hal qiladi. Femtosekund lazer nurlanishi nanosimlarga qo'llanilganda, chorrahalarda yoki kesishmalarda lokal plazma rezonansi paydo bo'lib, payvandlash, kesish yoki qayta shakllantirishga erishish uchun mahalliy yuqori haroratlarni hosil qiladi. Ultrafast lazerning ta'sir qilish vaqti juda qisqa bo'lgani uchun issiqlik tarqalishi pikosoniya oralig'ida (10^-12 soniya) muvozanatga etadi, ya'ni hosil bo'lgan yuqori harorat mahalliy rezonans zonasi bilan qattiq chegaralanadi va nanosimli tuzilmalarni rezonans zonasidan tashqarida to'liq shikastlanmagan holda qoldiradi.
Ushbu printsipga asoslanib, tadqiqotchilar ZnO-ZnO bir hil yarimo'tkazgichli nanosimlarni payvandlashda muvaffaqiyatli erishdilar. Impuls kengligi 35 fs va energiya zichligi 77,6 mJ/sm² ostida, 30 soniya nurlanishdan so'ng nanosimlar mustahkam va buzilmaydigan tarzda ulangan. Ushbu yutuq barcha oksidli fotodetektorlar va sensorlarni yig'ish uchun-kontaktsiz samarali va aniq ishlov berish usulini taqdim etadi.
Ultratez lazer mikro{0}}nano-payvandlash texnologiyasi o‘zining o‘ta qisqa impuls kengligi va nihoyatda yuqori cho‘qqi quvvati bilan termal effektlarni boshqarishda an’anaviy payvandlash usullari cheklovlarini yengib o‘tdi va mikro-nano ishlab chiqarish sohasida ajralmas vositaga aylandi. Mahalliylashtirilgan plazma rezonansi va chiziqli bo'lmagan yutilish mexanizmlari orqali bu texnologiya atrofdagi mikro{3}}nano tuzilmalarga termal zarar etkazmasdan samarali tarzda materiallarni juda kichik fazoviy va vaqtinchalik miqyosda aniq eritishi va bog'lanishiga erishishi mumkin. Metall mikrosimlardan yarimo'tkazgichli nanosimlarga va hatto murakkab heterojen materiallar birikmalariga qadar ultra tez lazerli payvandlash materialning keng moslashuvchanligi va mukammal qayta ishlash sifatini namoyish etdi. Kelajakda lazer{6}}moddalarning oʻzaro taʼsiri mexanizmlarini chuqurroq oʻrganish va lazer samaradorligini yanada takomillashtirish natijasida ultratezkor lazer mikro-nano payvandlash moslashuvchan elektronika, nano{8}}optoelektronik qurilmalar va yuqori integratsiyalashgan sensorlar{9} ishlab chiqarishda yanada muhim rol oʻynashi kutilmoqda. yuqori aniqlik va yuqori samaradorlik.
