레이저의 비밀을 풀다

작성자: Nagoya Institute of Technology2023년 1월 14일

Ti:Sapphire 레이저와 중적외선 자유전자 레이저(MIR-FEL)를 사용하여 실리콘을 구조화함으로써 과학자들은 레이저 유도 주기 표면 구조(LIPSS)가 레이저 특성에 따라 어떻게 달라지는지 보여주었습니다. 출처: 나고야공과대학 미야가와 레이나

연구원들은 레이저 선택이 LIPSS에 미치는 영향을 확인하여 주요 제조 매개변수에 대한 통찰력을 제공했습니다.

휴대폰, LED, 태양전지 등 우리가 일상적으로 사용하는 전자 및 광학 장치는 트랜지스터와 기타 구성 요소를 사용하여 지속적으로 소형화되고 있습니다. 컴퓨팅 성능, 스토리지 및 에너지 효율성에 대한 요구가 계속 증가함에 따라 이러한 추세는 계속해서 새로운 극단으로 치달을 것입니다.

전자 장치용 소형 부품을 생산하려면 사람 머리카락 너비보다 최대 수백 배 더 작은 미크론 미만 규모의 구조를 가공하고 준비해야 합니다. 그러나 표면 나노제조를 위한 현재 방법은 포토리소그래피와 e-빔 리소그래피를 사용합니다. 이 방법은 복잡하고 비용이 많이 들고 일반적으로 접근하기 어렵고 높은 수준의 전문 지식이 필요합니다.

레이저 유도 주기 표면 구조(LIPSS)는 이러한 방법에 대한 새롭고 유망한 대안으로 선정되었습니다. LIPSS에서 펨토초 레이저는 레이저 파장보다 훨씬 작은 표면에 주기적인 패턴을 자발적으로 형성하는 초단거리 레이저 펄스를 전달하는 데 사용됩니다.

LIPSS에서 잘 알려진 매개변수는 형성된 구조의 주기성에 직접적인 영향을 미치는 레이저 파장의 선택입니다. 그러나 다른 매개변수는 아직 알려지지 않았습니다. LIPSS의 표준화된 사용과 관련된 주요 관심사에는 형성된 표면 구조의 품질, 즉 기판의 결정화도, 결함 가능성 및 변형이 포함됩니다. 특정 응용 분야에 대해 제어 가능한 특성과 특성을 갖춘 LIPSS를 일관되게 생산하려면 특정 요구 사항에 따라 어떤 레이저 소스를 사용해야 하는지 이해하는 것이 중요합니다.

레이저 특성의 적절한 선택을 통해 레이저 유도 주기 표면 구조(LIPSS)는 결함, 변형 및 주기성을 조작하여 특정 응용 분야에 맞게 조정하고 맞춤화할 수 있습니다. 출처: 나고야공과대학 미야가와 레이나

To answer these questions in more depth, a Japanese research collaboration led by scientists from the Nagoya Institute of Technology, has now directly investigated the various parameters that are influenced by laser choice. The work, in collaboration with Osaka University, Tokai University, Kyoto University, and the Japan Atomic Energy Agency (JAEA), was led by Assistant Professor Reina Miyagawa of the Nagoya Institute of Technology, alongside Associate Professor Norimasa Ozaki of Osaka University, and Professor Masaki Hashida of Tokai University, who is also a researcher at Kyoto University. Their findings have been published in the journal Scientific ReportsEstablished in 2011, <em>Scientific Report</em>s is a peer-reviewed open-access scientific mega journal published by Nature Portfolio, covering all areas of the natural sciences. In September 2016, it became the largest journal in the world by number of articles, overtaking <em>PLOS ON</em>E." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">과학 보고서.

"우리 연구에서 우리는 실리콘을 기판으로 선택했습니다. 실리콘은 트랜지스터, 휴대폰, 태양전지 등 전 세계적으로 많은 광전자 장치에 사용되는 재료이기 때문입니다"라고 Miyagawa 박사는 설명합니다.

연구진은 기판에 두 개의 서로 다른 펨토초 레이저를 사용했습니다. 한 실험에서는 0.8μm 펄스를 사용하는 티타늄 및 사파이어(Ti:Sapphire) 레이저 시스템을 사용하여 밴드갭 에너지보다 높은 에너지로 실리콘을 구조화했습니다. 다른 실험에서 연구진은 11.4μm의 중적외선 펄스에서 자유 전자 레이저를 사용했는데, 이는 샘플 밴드갭 에너지보다 낮은 에너지에서 효과를 조사할 수 있었습니다. LIPSS 샘플의 분석은 현미경 및 거시적으로 수행되었습니다. 미세한 결정성과 순도는 투과전자현미경(TEM)을 사용하여 연구되었으며, 더 넓은 구조의 변형 및 안정성에 대한 보다 거시적인 분석은 싱크로트론 고에너지 X선 회절(XRD)을 사용하여 조사되었습니다.