01 Inngangur í pappír
Optískar þunnar filmur (eins/fjöllaga-húðun eða rist) eru mikið notaðar í skjáum, leysikerfum, lækningatækjum og geimferðum. Tæknin fyrir -læsingu og chirped púlsmögnun (CPA) knýr píkósekúndu/femtósekúndu ofurhraðan leysigeisla, þó að stækkandi forrit eins og efnisvinnsla vegna mikils hámarksafls, veldur einnig skemmdum af völdum leysis- vegna ó-varmaljóseinda-gleypni, rafeindavíxlverkunar, osfrv. að verða stór takmarkandi þáttur fyrir endingu ljósfræðilegra íhluta. Málmfilmugrindur, með víðtækri endurspeglun sinni, skipta sköpum í atburðarásum eins og CPA leysispúlsþjöppun, en núverandi rannsóknir hafa ekki rannsakað rækilega sambandið milli púlslengdar (sérstaklega smáatriðin nálægt lágmarksskaðaþröskuldi), margra púlsa og skaðaþröskulds, né tekið nægjanlega tillit til tímalegrar breytileika staðbundinna rafsviðsáhrifa og ljósfræðilegra eiginleika. Þess vegna rannsakar þessi rannsókn, með fræðilegum útreikningum og tilraunum, tjónakerfi álfilmugrinda (AMG) við 2-15 ps píkósekúndna leysigeislun, og skilgreinir skaðaþröskuldinn sem lágmarks leysigeislun sem framkallar varanlegar formfræðilegar breytingar, en „uppsöfnuð áhrif“ vísar til endurtekinna rafrænna breytinga á efninu, vélrænni váhrifa eða hægfara váhrifa á efni.
02 Yfirlit yfir heildartexta
Þessi rannsókn beinist að AMG, kerfisbundið greining á púlslengd púlslengdar picosecond leysis og uppsöfnuð skaðaáhrif margra púlsa: Í fyrsta lagi er strangt samsett-bylgjugreining (RCWA) notuð til að líkja eftir staðbundinni rafsviðsdreifingu, og auðkenna grindarhryggshornin sem viðkvæmustu svæðin; síðan, tveggja-hitalíkanið (TTM) einkennir ofurhröðu gangverki rafeinda og grindar, ásamt álbreytum eins og duldum samrunahita, til að spá fyrir um einn-púls og fjöl-púlsskaðaþröskuld; í tilraunaskyni er vettvangur með rauntímamyndakerfi settur upp til að mæla skaðaþröskulda með því að nota 2-15 ps stillanlega púlsbreiddar leysigeisla, finna lægsta AMG skaðaþröskuldinn við 10 ps (tilraunagildi 0,0705 J/cm²), á meðan verið er að nota 1 kHz 0-1 púls endurtekningu tilraunir, sést að skaðaþröskuldurinn lækkar smám saman með auknum púlsfjölda (lækkar í 0,0346 J/cm² við 1000 púls) og formgerð skemmdarinnar (afnám, skvettur osfrv.) versnar með uppsafnaðum púlsum. Kjarni rannsóknarinnar er að koma á magnbundnu sambandi á milli púlsbreyta (púlsbreidd, fjöldi) og AMG skemmda, sem veitir fræðilegan og tilraunastuðning við þróun leysiþolinna ljóshúðunar.
03 Grafísk greining
Mynd 1 sýnir innsæi kjarnaorkuflutningsferlið í samspili milli picosecond leysir og álfilmurrist (AMG). Eins og sýnt er, þegar ofurhraða leysirinn kemur inn, gleypa lausu rafeindirnar í málminum fyrst ljóseindaorku hratt og örva þær og mynda rafeindakerfi með háan-hita; í kjölfarið flytja spenntar rafeindirnar orku til grindarinnar skref fyrir skref í gegnum rafeinda-fónóntengingu og phonon-fónóndreifingarferli, sem að lokum veldur breytingum á grindarhitastigi. Þetta ferli rýfur varmajafnvægið milli rafeinda og grindarinnar og er grundvallarorkugjafi leysis-skemmda, sem gefur líkamlega ramma fyrir síðari stofnun tveggja-hitalíkans (TTM).
Mynd 2, sem byggir á strangri tengdri-bylgjugreiningu (RCWA), sýnir að við bylgjulengdina 1030 nm er rafsviðsstyrkurinn meiri á hornunum á grindahryggnum og myndar „heita bletti“ sem sýna líklega upphafspunkta skemmda. AMG útsending, endurspeglun og frásogsróf gefa til kynna að aukning á risttímabilinu eykur orkugleypni á mismunandi bylgjulengdum, sem eykur hættuna á efnisskemmdum. SEM myndir sýna augljósar skemmdir á hornum AMG hryggjarins, í samræmi við „heita reitinn“ staðsetningar rafsviðsins, sem staðfestir nákvæmni RCWA hermunanna.
Mynd 3 mælir þróun rafeinda- og grindarhitastigs í AMG við píkósekúndna leysisútsetningu með því að nota tveggja-hitalíkan: við 10 ps púlsbreidd, þegar leysirorkuþéttleiki nær 0,076 J/cm², hækkar grindarhitastigið upp í bræðslumark einstaks áls),{9} (33 Kpúls) þröskuldur fyrir 10 ps; við fastan orkuþéttleika er hámarks rafeindahitastig fyrir 2 ps stuttan púls mun hærra en fyrir 15 ps langan púls (þar sem styttri púlsar leggja orku hraðar frá sér og einbeita rafeindaorku); undir 10 ps púlsbreidd með 1 kHz endurtekningartíðni, lækkar skaðaþröskuldurinn eftir 10 púls niður í 0,0598 J/cm² vegna hitauppsöfnunar, sem er lægri en stakur-púlsþröskuldur.
Á mynd 4 nær tilraunauppsetningin nákvæmri stjórn á leysibreytum og rauntímaathugun á skemmdum í gegnum orkustýringareiningu sem samanstendur af 2-15 ps stillanlegum púlsbreiddar leysigjafa, hálf-bylgjuplötu og skautunartæki, auk rauntímavöktunarkerfis með dökkum sviðum; ferillinn sýnir að innan 2-15 ps púlsbreiddarsviðsins er AMG skaðaþröskuldurinn lægstur við 10 ps (tilraunagildi 0,0705 J/cm², mjög í samræmi við hermt gildi 0,076 J/cm²); undirmynd (c) sýnir að undir 10 ps púlsbreidd, þegar fjöldi púlsa eykst úr 1 í 1000, stækkar AMG skaðasvæðið smám saman og efnissletting verður sífellt alvarlegri, sem endurspeglar greinilega fjölpúlssöfnunaráhrifin.
Niðurstaða:
Þessi rannsókn sameinar fræði (RCWA+TTM) og tilraunir til að skýra skaðahegðun AMG undir píkósekúndu leysigeislum: RCWA auðkennir hrygghorn nákvæmlega sem viðkvæm svæði, TTM líkir á áhrifaríkan hátt eftir rafeinda-grindarvirkni til að spá fyrir um skaðaþröskulda og tilraunir staðfesta að 10 ps er lægsta skaðaþröskuldurinn frá rafeinda-hljóðslökun, takmörkun á hitadreifingu grindar og skammvinn frásog). Það eru marktæk uppsöfnuð áhrif undir 1 kHz fjöl-púlsgeislun, með lækkandi skaðaþröskuldi og versnandi formfræðilegum skaða eftir því sem púlsunum fjölgar. Þrátt fyrir að TTM endurskapi ekki að fullu alger tilraunagildi vegna vanrækslu á efnisgöllum, gangverki fasabreytinga (eins og uppgufun) og vélrænni áhrifum (eins og hitauppstreymi), þá veitir það samt sameinaðan greiningarramma fyrir samspil skipulagðra málmfilma og ofurhraðra leysigeisla. Niðurstöðurnar eru mikilvægar leiðbeiningar til að bæta endingu há-afls leysikerfa og nákvæmni sjónrænna íhluta, hanna leysivörn í geim- og iðnaðarleysisvinnslu, og gefa lykilsönnunargögn til að hámarka efni og uppbyggingu leysiþolinna-filma.
