里德堡原子是主量子数(n)很大的高激发态原子, 由一个或者多个里德堡原子形成的里德堡分子具有大的尺寸, 丰富的振转能级, 永久的电偶极矩以及对外场非常敏感等特性, 不仅包含了里德堡原子的奇异特性, 而且在量子信息存储和量子模拟以及在医学中具有广泛的应用价值, 引起了国内外学者的研究兴趣。根据束缚机制的不同, 里德堡原子形成不同种类的里德堡分子, 目前包括里德堡电子与基态原子低能电子散射形成的基态-里德堡分子、里德堡原子间电多极相互作用形成的里德堡-里德堡分子和离子与里德堡原子间电多极相互作用形成的离子-里德堡分子。本文综述了近年来双原子里德堡分子的研究进展, 包含三类里德堡分子的形成机制、实验观测及其光谱特性等。

集成电路(IC)芯片封装中小尺寸、细节距焊点采用的传统锡基钎料在服役过程中存在桥接、电迁移、金属间化合物等问题，在大电流、大功率密度的应用中受到限制。采用脉冲激光沉积 (PLD)技术，在覆铜陶瓷 (DBC) 基板上图形化沉积了多孔微米银焊点，用于替代传统的钎料凸点，并将其应用于Si芯片与DBC基板的连接。结果表明：采用不锈钢作为掩模，可沉积出500 μm及300 μm特征尺寸的疏松多孔银焊点阵列，银焊点呈圆台形貌；在250 ℃温度、2 MPa压力下热压烧结10 min，Si芯片与DBC基板连接良好，连接后的银焊点边缘的孔隙率为42%左右，银焊点中心区域的孔隙率为22%; 500 μm和300 μm特征尺寸的银焊点的连接接头的剪切强度分别为14 MPa和12 MPa；接头断裂主要发生在银焊点与芯片或DBC基板的连接界面处。

激光作为人造光源, 因其具有单色性良好、方向性强、相干性强、亮度高及能量密度高等优点, 在激光显示、激光照明等领域得到了广泛的应用。自半导体激光器问世以来, 其发展之快、成果之多、应用之广使其几乎占据激光市场的“半边天”, 它不仅能作为信息载体, 也能作为能量载体。伴随半导体激光器发展的深入和市场需求的变化, 利用半导体激光合成白光光源成为研究热点。半导体激光白光光源的出现不仅拓展了激光应用的新领域, 也为很多新技术的诞生奠定了基础。本文主要介绍了半导体激光白光光源的产生过程和其中的技术难点, 总结了近些年国内外对于合成半导体激光白光光源的研究进展, 分析了其应用及发展短板, 最后对未来半导体激光白光光源是否能在水下复杂环境中稳定输出进行了展望。

电性能优良且成本低廉的铜微纳结构在柔性电子领域中展现出广阔的应用前景。激光直写因其快速灵活且可控性高等优势,成为铜微纳结构的高效加工方法之一。概述了微纳结构激光加工的技术特点,随后针对激光直写铜微纳结构展开论述。重点分析了前驱体成分及激光工艺参数对铜微/纳观结构及电性能的影响,探讨了激光直写在铜微纳结构可控制备中的优势。列举了所得结构在柔性电子器件制造中的典型应用场景,分析了典型器件的工作机理。此外,对激光直写微纳结构的未来发展趋势进行了展望。

纳米科技的快速发展对组装纳米结构单元并实现具有复杂功能系统的技术提出高的要求,而纳米材料的互连是这项技术的基础,也是纳米级产品集成的基础。本文综述了纳米连接领域的最新进展,特别是各种同质和异质纳米材料之间的互连机理。首先,介绍了纳米材料的互连概念,重点论述了在同质纳米材料烧结互连、冷焊互连、辐照互连以及液相环境中的纳米互连的行为过程和连接机理,涉及零维和一维纳米材料;其次,对金属-金属和金属-非金属两种异质纳米材料的互连机理及应用进行论述;最后,针对当前同质和异质纳米材料互连研究现状,指出纳米材料互连研究面临的挑战并分析其发展前景。

随着新型材料特别是纳米材料在柔性多功能微纳光电子器件中的广泛应用,实现低维度下高质量材料互连成为了微纳器件高性能制造的关键。针对纳米材料自身的尺度及结构限制,传统宏观、微观尺度下的材料互连技术将难以实现在微纳空间上对输入能量的高精度控制,进而难以降低连接过程中的材料损伤。本文对基于光激励下表面等离子激元效应的超快激光纳米线连接技术进行了综述,分析了激光-材料相互作用过程中的等离子激元效应在纳米结构中的产生及分布特征,对光辐照下纳米线结构中的空间能量重分布及相应的控制策略进行了总结。同时,本文分别针对金属-金属纳米线、异质金属-氧化物/半导体纳米线以及跨尺度的纳米线,阐述了超快激光纳连接过程中的能量输入、材料损伤特征以及纳米接头的形成。最后,针对纳米线连接得到的低损伤纳米线结构,探索了超快激光纳米线连接技术在微纳光电子器件单元制造中的潜在应用。

随着微电子器件需求日益迫切,由纳米材料构造的微纳结构在降低尺度并获得特征性能上有着极大的优势。纳连接是从纳米材料构筑微纳结构的有效途径,目前实现纳连接的手段主要包括热烧结、激光烧结等。对比研究了不同连接方法形成的银电极的电学性能及微观结构,并对银纳米材料间的连接机理进行了分析。结果表明,相比于自连接及热烧结,激光烧结在降低电阻率及保持纳米结构方面有着独特的优势,在激光诱导下,银纳米带可在低温下实现互连,形成交联网络结构,从而降低银电极的电阻率,并显著改善其柔韧性。激光烧结电极的电阻率低至1.88×10 ^-7 Ω·m,同时具有较好连接强度,经3000次弯折后电阻变化率仅为21.26%。

电子产业的快速发展使电子封装面临新的问题和挑战,功率密度的不断提高和应用领域的不断拓展要求电子器件具有更高的服役温度。纳米金属颗粒焊膏凭借其优越的电热性能和“低温连接、高温服役”的特点已成为电子封装连接材料的重要发展方向。从纳米金属颗粒焊膏的烧结机理、组成成分、技术工艺发展过程等方面阐述了近年来焊膏烧结技术的发展情况,讨论了现有国内外研究的优势和不足,并结合烧结后接头的可靠性测试方案和结果,指出了现有研究在高温高功率下应用的失效机理及未来纳米金属颗粒焊膏烧结技术的发展方向,这对纳米金属颗粒焊膏在电子器件封装领域的大规模应用及第三代半导体产业在国内的快速发展具有重要意义。

采用飞秒激光对铜离子前驱体薄膜进行激光直写,原位还原得到铜纳米颗粒并连接形成导电铜微结构。实验研究了激光功率对铜微结构物相成分、微观结构及导电性能的影响。进一步,利用COMSOL仿真软件模拟了飞秒激光辐照下铜纳米颗粒二聚体的电场分布及温度场分布特征,计算了不同功率单脉冲激光对铜纳米颗粒电子温度及晶格温度的影响。仿真结果表明,激光诱导表面等离激元效应可实现对纳米颗粒的局域加热。当激光功率为960 mW时,纳米颗粒热点区域的晶格温度最高为698 K,纳米颗粒出现表面熔化现象,可实现颗粒间的连接。随着入射激光功率的升高,晶格温度升高,颗粒间连接程度提高,与实验结果相一致。

利用激光诱导击穿光谱(LIBS)技术与基于遗传算法优化的误差反向传播(GA-BP)神经网络对常见的9种塑料进行分类识别。通过激光诱导击穿塑料表面产生等离子光谱,用光谱仪对每种塑料采集100组光谱数据,以美国国家标准与技术研究院(NIST)的原子光谱数据库为参考,对主要的元素特征谱线进行精确标定。选取15条特征谱线进行分析,通过主成分分析(PAC)法对光谱数据进行降维处理,并建立GA-BP神经网络模型。实验结果表明,通过PCA法对数据进行降维后,GA-BP神经网络的识别效率得到很大提高,平均识别精度为99.72%,可对多种塑料进行快速、精准的识别。