引言

玻璃可以用低成本的工藝減薄。因為它是透明的，所以比Si插入物更容易對準。此外，玻璃的熱膨脹系數(shù)（CTE）是可調的。因此，它可以與器件層的CTE匹配以防止變形。因此，玻璃插入物在過去十年中得到了廣泛的研究。有幾種方法可以在玻璃基板上形成孔。這些方法包括超聲波鉆孔、粉末噴砂、磨料噴射微加工（AJM）、磨料漿體噴射加工（ASJM）、磨料水射流加工（AWJM）、激光加工、濕法蝕刻、深反應離子蝕刻（DRIE）、等離子蝕刻、火花輔助化學雕刻（SACE）、振動輔助微加工、激光誘導等離子體微加工（LIPMM）和水輔助微加工。上述過程既有優(yōu)點也有缺點。從批量生產的角度來看，最重要的參數(shù)是孔之間的形狀均勻性。此外，還必須考慮處理時間。選擇性激光誘導蝕刻（SLE）產生均勻的孔，加工時間長。因此，在這項研究中，我們嘗試使用SLE技術來縮短處理時間以提高生產率。

選擇性激光誘導蝕刻（SLE）包括兩個步驟:（1）使用超短脈沖激光對玻璃進行局部改性，以及（2）對改性區(qū)域進行選擇性化學蝕刻。根據我們之前的研究，激光改性區(qū)域的蝕刻速率比未改性區(qū)域快333倍。因為改性區(qū)域的物理和化學性質發(fā)生了變化，它們會迅速與蝕刻化學物質發(fā)生反應。改變的特性包括納米光柵生成、體積膨脹和折射率變化。

英思特在這項研究中，測試了四種情況以提高蝕刻工藝速度。其中包括單脈沖和雙脈沖，間隔分別為213皮秒、10納秒和500毫秒。在上述條件下使用超短脈沖激光進行局部改性后，使用掃描電子顯微鏡（SEM）探測改性區(qū)域。在這里，我們在每種情況下都發(fā)現(xiàn)了各種納米光柵的形成，并揭示了它們影響蝕刻速率?？刂莆g刻環(huán)境以提高蝕刻速率。特別是，蝕刻溶液的溫度提高到110°c .這增強了溶液的動能，從而使化學反應更加活躍。基于我們的研究，我們可以聲稱具有ps間隔的雙脈沖可以增強蝕刻速率超過納秒或毫秒間隔。

材料和方法

在這項研究中，使用TGV產生SLE。因為氫氧化鉀（KOH）溶液具有高選擇性，所以它被用作玻璃蝕刻的蝕刻劑。初始蝕刻工藝時間為95℃下6小時。因此，本研究旨在減少總加工時間。因此，我們試圖通過提高蝕刻溫度來提高蝕刻速率。一般來說，要引發(fā)化學反應，分子的能量必須超過其活化能。根據阿倫尼烏斯方程，隨著溫度的升高，速率常數(shù)（導致反應的碰撞頻率）也會增加。因此，溫度的升高提高了反應速率。這里，我們使用8摩爾/升的KOH溶液（31% KOH溶液），沸點約為128°C（MSDS:P5887，10% KOH溶液:101°C，45% KOH溶液:132°C）。考慮到安全性，蝕刻環(huán)境設置為110°c .這里，將改性玻璃浸入聚四氟乙烯容器中的8 mol/L KOH溶液中。隨后，將容器浸入數(shù)字清洗控制油浴。蝕刻后，用去離子水和異丙醇沖洗玻璃樣品。最后，使用壓縮氮氣去除清洗液。

結果和討論

如上所述，持續(xù)時間為0.2至1 ps的激光脈沖以各種條件（單脈沖、間隔為213 ps的雙脈沖、間隔為10 ns的雙脈沖和間隔為500 ms的雙脈沖）照射在玻璃上。通常，隨著脈沖持續(xù)時間變短，強度變高。因此，當用較短的脈沖照射樣品時，電子的時間密度也增加。因此，我們預計沿光束傳播方向的局部修改受脈沖持續(xù)時間的影響。這里，我們用貝塞爾光束畫了一條線，并使用8摩爾/升的KOH溶液在110°C下蝕刻5小時。然后使用光學顯微鏡測量表面的直徑。為了測量深度，將樣品折斷以獲得橫截面。這是用光學顯微鏡測量的。

數(shù)字3 顯示了脈沖持續(xù)時間對TGV產生的影響。

圖3。基于脈沖持續(xù)時間的TGV的（a）直徑和（b）深度。

結果顯示，隨著脈沖持續(xù)時間變長，TGV的直徑和深度分別變小和變深。在0.2 ps脈沖持續(xù)時間的情況下，更多的光子在表面附近被吸收。當強度相對較高時，它會引起更多的多光子吸收。另一方面，對于1皮秒的脈沖持續(xù)時間，強度相對低于0.2皮秒脈沖持續(xù)時間的情況。因此，在表面附近發(fā)生的多光子分裂較少，更多的光子可以進入玻璃內部。因此，使用更長的脈沖持續(xù)時間可以產生更深的TGV。在這種情況下，由于表面附近的吸收率較低，TGV的直徑減小。在這項研究中，由于最大脈沖能量和光學設置效率，我們將重點放在亞皮秒到一皮秒范圍內。我們聲稱較長的脈沖持續(xù)時間可能會產生較深的TGV。

在這項研究中，我們假設在載流子激發(fā)時間范圍內增加更多的能量會比在熱化時間范圍內增加更多的能量更有效地增強光子吸收。增強電子的動能通常比增強熱量更容易。為了測試這一假設，我們使用具有上述時間間隔的雙脈沖進行了局部修改。此外，用110℃的8摩爾/升KOH溶液蝕刻玻璃5小時。蝕刻后測量玻璃頂面的直徑。為了測量深度，將玻璃打碎，使用光學顯微鏡獲取截面圖像。這些結果證實了我們的假設（圖4).對于每個脈沖持續(xù)時間的情況，213 ps時間間隔的情況最深TGV孔。特別是，1 ps脈沖持續(xù)時間的情況下具有最深的TGV孔，深度為22.39 m。

此外，通過增加脈沖持續(xù)時間來增加蝕刻深度單次213 ps間隔情況和500 ms間隔情況。然而，對于10 ns的情況，蝕刻深度幾乎是恒定的。我們認為這一結果支持了上述假設。對于213 ps間隔的情況，隨著脈沖持續(xù)時間的增加，光子的光學穿透深度也增加，因為電子處于激發(fā)態(tài)，并且它們擴散到束傳播方向。同時，在10 ns的情況下，大多數(shù)電子回到基態(tài)。然而，聲子和熱擴散發(fā)生了。因為熱擴散長度沒有顯著變化，所以在這種情況下蝕刻深度相似。

圖4。TGV（a）直徑和（b）深度。這包括從0.2到1 ps的脈沖持續(xù)時間和從單個脈沖到500 ms間隔的脈沖間時間間隔。

結論

總之，我們考慮了使用空間光調制器（SLM）產生和利用環(huán)形光束，從而形成具有寬焦深的貝塞爾光束。這項研究使用選擇性激光蝕刻技術，用貝塞爾光束照射100 m厚的玻璃樣品，然后用110°C 8M KOH溶液蝕刻。本研究旨在研究商業(yè)玻璃樣品中的電子吸收和聲子吸收效應。這里，我們報告了通過調整雙脈沖之間的時間間隔獲得的實驗結果。間隔為213 ps的雙脈沖增強了電子的動能，間隔為10 ns的雙脈沖增強了熱量。我們的結果表明，就加工性而言，電子動能的增強比熱增強更有利。通過局部改性區(qū)域的掃描電子顯微鏡（SEM）圖像證實了這一點。我們發(fā)現(xiàn)，在213 ps后，額外的脈沖能量形成了更窄的納米光柵。這意味著電子吸收的影響大于熱吸收的影響。正如預期的那樣，與其他條件相比，間隔為213ps的雙脈沖輻照產生了最深的孔。因此，ps間隔雙脈沖是提高TGV產生率的有利條件。

審核編輯 黃宇