准分子激光刻蚀制备微纳尺度滤光薄膜的技术基础研究

微纳尺度极紫外与软X射线波长滤光薄膜在空间科学、强激光、微电子、激光等离子体惯性约束聚变实验、短波长标准计量测试等方面有极其重要的应用。本项目首先提出在聚酰亚胺等聚合物薄膜衬底上热蒸发或溅射金属薄膜材料，然后用准分子激光刻蚀方法除去部分或全部的聚合物薄膜，从而获得自支撑微纳尺度金属滤光膜的方法。研究准分子激光刻蚀复合聚合物/金属薄膜过程中的光化学和光物理效应，以及这些效应的深度范围，激光能量、激光波长、脉冲重复频率所导致的对聚合物薄膜的刻蚀机制，刻蚀过程中复合聚合物/金属薄膜的热传导特性，准分子激光刻蚀复合聚合物/金属薄膜时产生的热冲击对自支撑金属薄膜的影响。利用掩膜的方法，探索制备以聚合物作为网衬的金属滤光薄膜，增强滤光膜的强度。利用准分子激光可以精确控制聚合物薄膜刻蚀深度的优点，探索刻蚀制备具有极薄聚合物衬底的超薄金属滤光膜。本项目研究成果还将有助于其它微纳尺度电子和光子学器件的研制。

超薄自支撑有机聚合物及金属薄膜可应用于极紫外与软X射线波长作为滤光元件，在空间科学、强激光、微电子、激光等离子体惯性约束聚变实验、短波长标准计量测试等方面有极其重要的应用。本课题研究中应用准分子激光刻蚀聚合物薄膜以及聚合物/金属复合薄膜。解释了阈值能量附近时准分子激光刻蚀复合聚合物/金属薄膜过程中的光化学和光物理效应，以及这些效应的深度范围，激光能量、脉冲重复频率所导致的对聚合物薄膜的刻蚀机制；证实了在微米级聚酰亚胺薄膜或聚酰亚胺/金属复合薄膜上用准分子激光刻蚀方法减薄聚酰亚胺薄膜，从而获得自支撑微纳尺度聚合物或聚合物/金属复合滤光薄膜的方法的可行性；确定了激光刻蚀亚微米聚酰亚胺薄膜的阈值刻蚀能量；应用多种薄膜与衬底之间的剥离方法，实现了微米级聚合物/金属复合薄膜；应用低激光脉冲能量，多脉冲刻蚀减薄方法，实现了深亚微米聚合物/金属复合薄膜；应用掩膜方法，实现了以聚合物作为网衬的金属滤光薄膜。课题研究成果对于深入理解紫外激光与深亚微米尺度物质相互作用的物理与化学机制，亚微米尺度薄膜与不同材料衬底之间的附着与剥离作用有重要促进作用。