纳米连接技术是纳米元器件与微系统及宏观系统整合的关键技术之一。稳定的器件性能取决于可靠的纳米互连结构,评估纳米互连结构的力学性能及电学性能对于预测电子器件的失效模式至关重要。本文结合目前不同纳米连接技术及连接界面的特点,对不同材料从单纳米焊接接头到宏观互连结构的电/力学性能特征进行了总结与展望,通过对互连结构焊接及变形机制、焊接强度、疲劳特性及电学性能的探讨,展现了激光诱导等离子体自限性低温焊接在未来纳米器件及柔性电子器件制造中的巨大潜力。

随着半导体集成电路的高速发展,不断减小的半导体器件的特征尺寸成为制约电子产业发展的主要瓶颈,进而催生了对新型半导体材料越来越多的需求。碳纳米管因其独特的电学、力学、化学稳定性等成为了理想的下一代电导线材料。然而,在碳纳米管与金属异质电极之间建立可靠且有效的连接较难实现,这使碳纳米管的应用面临着巨大的挑战。针对这一问题,详细概述了碳纳米管与金属电极之间的几何接触形式、界面接触行为、互连技术及其电学性能的最新研究进展。

碳纳米管因其独特的电学特性及一维纳米结构成为取代硅材料的重要电子材料,利用碳纳米管制备的微纳米电子器件具有尺寸小、响应快、功耗低等优点,但如何实现碳纳米管与金属电极之间可靠及有效的连接一直是构筑碳纳米管电子器件的难点与重点。针对该问题,首先,采用飞秒脉冲激光辐照技术诱导多壁碳纳米管与不同金属电极(金、镍)产生不同形式的连接;然后,通过测试互连前后多壁碳纳米管与金属电极之间的伏安特性曲线和界面接触电阻验证了该连接方法的可重复性及有效性,为后续大规模制备高性能碳纳米管场效应晶体管提供了一定的基础。

碳化硅陶瓷基复合材料(CMC-SiC)具有密度低、强度高、耐高温、抗腐蚀等优点,在航空航天领域具有广泛的应用潜力。但是CMC-SiC属于具有超高硬度且各向异性的难加工材料,常规加工技术难以胜任这种新型材料的优质高效加工。激光加工凭借加工质量高、非接触加工、输入热量低、适用范围广、易于和数控技术结合实现自动化等优势,有望成为CMC-SiC材质构件精密制造的主流技术。本文从CMC-SiC与激光的相互作用机理出发,分析了激光加工CMC-SiC中出现的典型热致缺陷,阐述了超短脉冲激光在CMC-SiC精密加工中展现的优势。在此基础上,指出了CMC-SiC激光加工技术的发展趋势,旨在为新型航空航天CMC-SiC材质构件的精密制造提供理论依据与技术参考。

为了研究157nm 激光工艺参量对刻蚀性能的影响，采用157nm 深紫外激光对两种宽禁带材料(石英玻璃和蓝宝石)进行微刻蚀试验，得到了理想的工艺参量范围，蓝宝石的刻蚀速率大约是石英玻璃的一半，并且蓝宝石的刻蚀表面要比石英玻璃粗糙得多。随着刻蚀深度的增加，光解生成物的脱出变得困难，从而导致刻蚀速率的降低。选用较高的扫描速率和较低脉冲频率的组合进行激光扫描刻蚀能有效地降低刻蚀面的粗糙度。结果表明，对非金属材料的刻蚀，激光的能量密度在材料刻蚀阈值的2.5倍～4倍时能获得较好的刻蚀效果。

157nm激光被视为光刻和微加工的有力工具之一，其加工的表面质量强烈依赖于激光参数。针对157nm微加工的特点，提出建立人工神经网络优化工艺参数的方法。分析与实验结果表明，利用优化的工艺参数进行激光微加工，其刻蚀质量得到明显提高。

157nm深紫外激光因其波长短且具有较高的光子能量,被视为较理想的微刻蚀工具之一。介绍了157nm深紫外激光的刻蚀机理,并利用先进的157nm激光微加工设备,进行了一系列微刻蚀实验。研究了激光工艺参数对石英玻璃的刻蚀效率和表面粗糙度的影响,进行了多种三维微结构的加工试验,证实了157nm激光微刻蚀工艺在制备MOEMS器件方面的实用性。

采用157 nm波长准分子激光,对LED-GaN半导体薄膜进行了刻蚀试验研究。探讨了GaN基半导体材料的基本刻蚀特性和刻蚀机理。结果表明,157 nm激光在能量密度高于2.5 J/cm2时,刻蚀速率可达50 nm/pulse以上。以低于16 Hz脉冲频率和高于0.25 mm/min的扫描速度进行激光直写刻蚀时,可以获得Ra30 nm以下的表面粗糙度。采用扫描刻蚀方法,可以加工出75°左右的刻蚀壁面。实验也证明157 nm激光在三维微结构加工方面具有较大的潜力。单光子吸收电离引起的光化学反应是157 nm激光刻蚀GaN基材料的主要机理。