[发明专利]一种利用TiO

说明书

本发明提供了一种利用球形粒子阵列辅助飞秒激光超衍射极限加工的方法，属于金属表面纳米孔加工领域。具体利用球形粒子阵列作为辅助诱导激光近场增强，进而实现飞秒激光超衍射纳米孔加工。这种方式在多种金属、非金属以及半导体材料表面均可以实现纳米孔的加工，其应用更具有通用性。与传统方法相比大幅度提高了纳米孔的加工效率，同时也降低了加工成本。本发明有望在金属表面超衍射极限纳米加工领域发挥重要作用。

技术领域

本发明涉及金属表面微加工领域，特别涉及飞秒激光基于TiO₂球形粒子阵列辅助的超衍射极限加工的方法。

背景技术

器件微小型化一直是医疗、生物、信息等领域的发展需求，也是先进制造发展的重要方向。在固体材料表面实现大面积、高效率的亚百纳米量级的纳米孔的加工具有重要的应用价值。但由于光学衍射极限的制约(≈λ/2，λ为入射激光波长)，使超衍射极限尺度下纳米结构的激光加工应用受到了限制。目前一种应用的主要方式是基于纳米结构辅助的超衍射极限激光加工方案：利用纳米结构可对激光近场进行空间局域化的特点，在待加工基底表面产生超衍射极限空间尺度的激光近场增强，从而借助此区域内增强激光场的烧蚀效应形成纳米孔。传统方法是利用激光照射显微系统的金属探针尖端(如原子力显微镜[1,2]等)与基底的间隙，形成局域近场增强，这一方式可实现百纳米特征尺寸的纳米加工。但这种方法速度非常缓慢，实现大面积阵列加工困难。当在待加工的硅基底表面放置单一的Au纳米粒子，在激光进行照射时也能取得相似的纳米孔加工效果[3]，而且这种方法可有效应用于半导体(Si)和金属(Pt)[1]等基底表面的纳米孔加工。然而，当Au粒子阵列紧密排列时，与单一放置情况下相比，其在基底表面近场增强效果并不相同而且相差甚远，以至于基底表面加工难以实现[4]。目前可以有效阵列纳米孔制备方式还有利用聚苯乙烯(PS)粒子阵列排布在PMMA基底表面，PS粒子的直径接近入射激光波长时可以产生粒子透镜效应，对光进行“聚焦”[1,2]，但是这种方式对基底介电环境要求苛刻，PS粒子与其他基底组合后聚焦位置会脱离靶材，进而失去加工能力。因此，如硅等具有广泛应用价值的基底如何实现粒子阵列辅助激光纳米加工成为亟待解决的难题。

参考文献：

[1]Zenhausern F,Martin Y,Wickramasinghe H K 1995Science.2691083

[2]Merlein J,Kahl M,Zuschlag A,Sell A,Halm A,Boneberg J,Leiderer P,Leitenstorfer A,Bratschitsch R 2008Nature Photon.2230

[3]Wang Z B,Luk’yanchuk B S,Li L,Crouse P L,Liu Z,Dearden G,Watkins KG 2007Appl.Phys.A.89363

[4]Nedyalkov N,Sakai T,Miyanishi T,Obara M2007Appl.Phys.Lett.90123106

发明内容

本发明针对以往在固体表面加工百纳米孔方法的不足，提出了一种利用TiO₂粒子阵列辅助飞秒激光超衍射极限加工的方法。通过在待加工的固体基底表面放置球形 TiO₂纳米粒子阵列，利用TiO₂粒子对飞秒激光进行空间局域，诱导待加工的基底表面产生近场增强，进而实现超衍射极限空间尺度的纳米烧蚀而形成亚百纳米孔。这种方法可以在有效的在固体表面实现大面积的纳米孔的加工。

本发明采取的技术方案：

一种利用TiO₂粒子阵列辅助飞秒激光超衍射极限加工的方法，该方法由以下步骤组成：

(1)首先在基底材料表面放置TiO₂纳米球形粒子阵列，使粒子紧密排列，制作加工用靶材；