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激光成形系统和超快激光器可提高薄膜烧蚀性能

* 来源: * 作者: * 发表时间: 2019-05-14 0:11:03 * 浏览: 39
透明导电氧化物薄膜(TCO)的激光烧蚀通常使用纳秒Q开关激光器。随着合适的超短脉冲激光系统的供应增加,制造商面临着投资新激光系统以实现更高加工质量和生产率的需求。使用衍射光学元件,例如光束整形元件和分束器,以及现有的基于纳秒激光的制造系统,可以改善薄膜烧蚀性能,例如更高的加工质量和效率。为了突出激光束整形的优势,Nd:YVO4二极管泵浦固体激光器(DPSSL)被用于使用不同的衍射平顶光束整形元件和四极分束器处理氧化铟锡(ITO)。得到的平顶激光束轮廓可以用小的脉冲间重叠连续划线,例如以非常高的划线速度。分束镜用于实现并行处理,以提高效率并实现激光能量的可持续使用。薄膜激光加工激光加工已成为薄膜制备中不可或缺的制造技术。特别是在薄膜太阳能电池处理中,由单个沉积功能层组成的激光器结构通常使用二极管泵浦固态激光器,使用高斯光束轮廓,不同波长和脉冲长度(纳秒范围)。 。激光划线工艺通常分为P1(构成透明导电氧化物层),P2(在半导体吸收层上图案化)和P3(在接触层上图案化)。图1:高斯光束(左)和平顶光束(右)在激光薄膜上产生不同的烧蚀性能:激光束剖面的横截面(a),激光烧蚀形成的圆形和矩形激光足点(b),原理图加工材料系统的横截面(c)。特别地,在显示装置,触摸屏和有机发光二极管(OLED)的生产中也可以看到P1划线的透明导电氧化物层(TCO)。与诸如机械或湿化学蚀刻的传统方法不同,激光划线在膜上具有最小的机械应力并且可以避免易于反对的化学处理。尽管超短脉冲激光系统已被科学证明可以实现更好的加工质量和更高的生产率,但目前用于薄膜雕刻的最先进的工业激光烧蚀系统仍然是纳秒脉冲Q开关二极管泵浦固体。激光。为了进一步提高其性能,光束整形光学器件可以轻松集成到现有的制造系统中,以优化光束轮廓并增加输出光束以进行并行处理。平顶光束轮廓改善了薄膜消融使用高斯光束轮廓的主要困难是管理投射到材料上的能量。图1说明了薄膜消融的原理。仅在激光强度超过消融阈值的区域中实现完全消融。高于此阈值的任何能量都可能损坏基板材料。高斯光束轮廓两侧的能量低于消融阈值,这可能导致周围材料的不希望的加热,从而导致结构损坏。根据KemingDu的观点,高斯光束中高达36.8%的能量被有效地用于薄层的消融。如图1a所示,平顶光束轮廓可以显着提高能量以匹配消融阈值,主要是通过减少超出阈值和轮廓两侧的多余能量。因此可以避免激光掩模版在下方和附近对衬底的潜在损坏。使用光束整形元件来产生平顶光束轮廓提供了进一步的好处,使得可以将圆形激光脚变成正方形或矩形。通常,用脉冲激光形成的圆形激光足点将导致沿消融形成Z字形图案,从而在膜中引起不必要的机械应力。为避免这种情况,使用圆形高斯光束轮廓时,脉冲重叠应至少为70%。相比之下,矩形激光脚可以产生具有非常小的重叠的直侧壁,这提高了激光微加工的处理速度。针对不同任务的不同平顶光束轮廓。接下来我们将总结形成fla的有价值的实践规则使用折射和衍射光束整形光学器件的t顶光束轮廓。焦平面上的非成形光束的光斑直径由波长,聚焦光学元件的数值孔径(NA)和输入光束的质量决定。从根本上说,光强度的重新分布只能通过扩大光斑直径来形成均匀的平顶光束轮廓来实现。这种空间扩展的程度取决于光束整形的特定物理方法,其可以在一维或二维中完成。用于薄膜处理的二极管泵浦固态激光器通常在焦平面中呈现衍射限制的单模高斯光束轮廓(TEM00)。根据经验法则,通过折射光束整形元件,最小平顶光束直径(1 / e2-极限)比非形状衍射极限TEM00光斑大至少4倍。除了最小特征直径限制外,折射光束整形元件还可以产生最大1 cm范围内的平顶光束轮廓,以及多模激光器(图2)。然而,在薄膜激光烧蚀过程中,大光斑直径会去除更多材料,从而降低了器件的有效面积。图2:在IPG980nm光纤耦合激光器中使用折射高斯 - 平顶光束整形元件产生的对称平顶光束轮廓。激光光源的光束质量:M2lt,19,数值孔径(NA)= 0.005。或者,可以通过使用衍射光束整形元件产生近衍射限制的平顶光束。每个聚焦光束整形元件(FBS)可在工作平面上产生两个不同的平顶光束轮廓。我们说零级平顶光束只比非形状衍射极限TEM00光斑大1.5倍,而一级平顶光束比非形状衍射极限TEM00光斑大三倍。 。以下两个方程估计FBS光学系统的零阶和一阶平顶光束的焦点直径。此外,FBS光学器件非常高效(> 95%),并且所得到的平顶光束轮廓具有高均匀性(±2.5%)。输入光束直径和横向偏移的典型公差约为所用光束直径的10%。输入光束的质量应高于M2 = 1.5。