멀티의 발전

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 4781(2023) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

2광자 광조형술(TPS)은 단일 제조 공정에서 서브미크론 제조 해상도를 갖춘 다양한 3차원(3D) 구조를 제조하는 데 널리 사용됩니다. 그러나 TPS는 미세 구멍 패턴이 있는 미세 구조에는 적합하지 않습니다. 레이저 절제 공정은 쉽게 드릴링하거나 다양한 재료에 구멍을 만들 수 있습니다. 그러나 레이저 절제의 경우 레이저의 초점면은 고정되어 있으며 이는 가공면으로 제한됩니다. 본 연구에서는 TPS 공정으로 제작된 3차원 미세구조의 다양한 가공면에 레이저 절제를 적용하기 위한 다방향 절제 공정을 연구한다. TPS와 레이저 절제의 장점을 모두 갖춘 3D 하이브리드 제조 공정은 제조 효율성을 향상시킬 것으로 기대됩니다. 3D 하이브리드 공정은 단일 레이저 소스를 기반으로 제안됩니다. 미세 구조는 TPS를 사용하여 제작되며 다방향 절제 공정을 통해 3D 미세 구조의 측면에 구멍이 생성됩니다. 다방향 절제 공정을 개발하려면 반사 거울 시스템이 레이저 초점면을 적절하게 회전하고 대상 공정 평면에 대한 레이저 경로를 안내하도록 설계되어야 합니다. 다양한 사례를 통해 다양한 사례를 통해 다방향 절제 공정의 능력을 입증합니다.

최근 3차원 나노/마이크로 소자 및 고집적 시스템의 개발로 인해 나노기술(NT), 생명공학(BT), 정보기술(IT)과 관련된 효과적인 제조 공정에 대한 필요성이 크게 증가하고 있습니다. 마이크로 및 나노 제조 기술에는 소프트 리소그래피1,2, 포토리소그래피3,4 및 에칭5,6이 포함되며 이러한 기술을 조합하여 다양한 나노/마이크로 시스템이 제작되었습니다. 보다 복잡한 구조 설계, 홀로그램 리소그래피7,8, 자체 조립9,10 및 레이저 직접 쓰기11,12,13를 위한 고급 기술이 사용되었습니다. 특히, 레이저 직접 쓰기는 레이저 스캐닝 경로가 3차원 CAD(Computer-Aided Design) 데이터에 따라 제어되기 때문에 3차원 구조 제작에 상당한 이점이 있습니다. 레이저 직접 쓰기에는 덧셈과 뺄셈의 두 가지 방법이 있습니다.

펨토초 레이저(DWFL)를 사용한 직접 기록은 효과적인 3D 나노/마이크로 프로세스입니다. DWFL은 2D 및 3D 나노/마이크로 구조를 제작하기 위한 마스크가 없고 간단하며 비용 효율적인 방법입니다. DWFL의 적층 공정(즉, 2광자 광조형 공정, TPS)은 서브미크론 해상도14,15,16,17를 사용하여 2D 및 3D 미세 구조를 직접 제작하는 데 큰 장점이 있습니다. 그러나 TPS에는 몇 가지 제한 사항이 있습니다. 예를 들어, 적층 공정의 분해능과 제조 속도는 나노 규모 응용 분야에는 충분하지 않습니다. 이러한 제한 사항 중 일부는 DWFL의 감산 프로세스를 사용하여 개선될 수 있습니다. 일반적인 감산 공정은 집중된 고출력 레이저를 사용하는 절제입니다. 절제된 미세패턴은 설계된 경로에 따라 레이저 스캐닝을 사용하여 기록할 수 있습니다.

적층 공정과 절삭 공정의 장점을 모두 갖춘 하이브리드 제조 방법에 대한 여러 연구가 수행되었습니다. 예를 들어, 적층 공정의 제한된 제조 해상도는 절삭 공정을 사용하여 향상될 수 있습니다. TPS 공정을 사용하면 구멍이나 작은 간격이 있는 미세 구조를 제작하기가 어렵습니다. 작은 구멍이나 틈은 레이저 출력의 중첩으로 인해 굳어지고 막히는 경향이 있습니다. 또한 3차원 구조에 대한 비효율적인 레이저 스캐닝 경로로 인해 제작 시간이 길어집니다. 그러나 레이저 절제 공정은 구조물에 구멍을 만드는 데 적합합니다. 따라서 TPS와 레이저 어블레이션의 하이브리드 제조 공정을 이용하면 보다 짧은 제조 시간과 더 높은 정밀도로 3차원 나노/마이크로 구조를 효과적으로 제조할 수 있다.