激光器已被廣泛應用於(yu) 工業(ye) ，例如在高性價(jia) 比的製造係統中用作可靠的能源，進行標記、鑽孔、淬火和表麵處理。目前的工業(ye) 發展要求將設備的形體(ti) 尺寸降低達到亞(ya) 微米甚至納米級。作為(wei) 一種無掩膜和非接觸工藝，激光納米加工具有設置靈活以及能夠在空氣、真空或液體(ti) 環境中操作的獨特優(you) 點，因此成為(wei) 更廣泛應用的一種最具吸引力的加工或製造工具。

目前已經開發一些新技術來加工功能性納米結構。工業(ye) 應用的關(guan) 鍵問題是在大規模生產(chan) 中如何在短時間內(nei) 產(chan) 生大麵積的納米結構。本文介紹了潛在大規模生產(chan) 的一些多功能激光納米加工方法，另外還簡要討論了滿足亞(ya) 20 nm分辨率的激光納米加工進一步發展的前景。

微球體(ti) 陣列輔助激光納米加工

激光納米加工的關(guan) 鍵挑戰是如何將空氣中的紫外線或可見激光光束聚焦到亞(ya) 100nm，從(cong) 而克服光學衍射限製。我們(men) 的研究顯示，自排列或大麵積旋轉塗抹形成的透明微球體(ti) 陣列能夠將入射激光光束分離為(wei) 成千上百萬(wan) 的微小光束，還能用作透鏡，聚焦這些微小光束以開展表麵納米製圖。如圖1（a）所示，局部光線密度大幅增強，並以平行模式加工樣品。這種技術采用通常的二維（2D）微球體(ti) 陣列將入射激光光束聚焦到基板，因此，隻需幾次激光輻射脈衝(chong) ，即能夠采用單步表麵製圖方法在基板上產(chan) 生成千上百萬(wan) 的亞(ya) 微米孔洞。激光納米加工之後，采用傳(chuan) 統超聲波清潔可以清除微球體(ti) 。靈活控製激光光束掃描外形，可以形成複雜的納米結構設計，例如圖1（b）所示的星形陣列。

激光幹涉光刻

激光幹涉光刻（Laser Interference Lithography, LIL）是在短時間內(nei) 形成大麵積周期納米結構（例如納米點或納米線陣列）的一種功能強大的工具。隻需暴露紫外線幾分鍾，然後采用光致抗蝕刻和化學蝕刻或者剝離工藝，即能夠在金屬薄膜上形成等離子體(ti) 納米結構。激光光束的相幹長度是大麵積（厘米級）兩(liang) 次光束幹涉的一個(ge) 關(guan) 鍵因素。一次激光輻照形成納米線性陣列，將樣品旋轉90°之後，另一次激光輻照用於(yu) 形成納米點陣列。通過控製輻照時間和輻照方案，能夠形成各種納米結構，形狀範圍從(cong) 矩形到三角形和橢圓形。通過化學腐蝕也可以將光致抗蝕刻層形成的2D納米結構傳(chuan) 輸到基板，以形成2.5D納米結構。圖2（a）顯示了嵌入矽基板內(nei) 部的金屬納米點陣列，圖2（b）顯示了LIL形成的納米柱陣列。

飛秒激光雙光子聚合納米光刻

上述激光納米加工技術用於(yu) 在樣品表麵形成2D大麵積納米結構。飛秒激光雙光子聚合（Two-photon-polymerization,2PP）納米光刻是形成任意大麵積3D納米結構的一種前景光明的方法。當飛秒激光光束聚焦於(yu) 光敏材料上時，則通過雙光子非線性吸收來激活聚合過程。采用電腦控製飛秒激光光束掃描外形，以形成任意設計的3D結構。激光掃描之後，衝(chong) 洗掉未照射的光敏材料。由於(yu) 工藝的光輻照閾值效應和非線性光吸收性質，靈活控製激光脈衝(chong) 能源和脈衝(chong) 重複率以形成圖3所示的功能性3D納米結構，可以形成光學衍射限製（最低60 nm）之外的超分辨率。

激光微透鏡陣列光刻

由於(yu) 受到樣品表麵形成的微球體(ti) 陣列尺寸的限製，微球體(ti) 陣列技術輔助激光納米加工形成的納米結構一般極小， 麵積低於(yu) 1 平方厘米。同時，在自排列或旋轉塗布形成微球體(ti) 陣列期間產(chan) 生缺陷。激光微透鏡陣列（MLA） 光刻處理更容易， 更適用於(yu) 大規模生產(chan) 工業(ye) 應用的納米結構。MLA將入射激光光束分離為(wei) 圖4（a）所示的成千上百萬(wan) 微小激光光束，功能與(yu) 分離和聚焦激光光束的微球體(ti) 陣列相似。光致抗蝕刻塗抹的樣品安裝在一根7軸的納米台上，並定位到MLA的聚焦平麵。通過控製級的移動和打開/ 關(guan) 閉激光脈衝(chong) ， 能夠通過激光輻照在光致抗蝕刻層上形成任意圖案。圖4（b）顯示在石英基板上形成的通用IC設計陣列。激光MLA光刻具有以平行模式高速形成大麵積任意納米結構的獨特優(you) 點。該方法也可以用於(yu) 在各種基板表麵形成功能性納米結構，例如撓性聚合物薄膜上的裂環諧振器（SRR）陣列，它能被卷起，作為(wei) 3D超材料管道應用於(yu) 超敏感應。

        激光納米加工的發展前景

遠紫外線（EUV）納米光刻和激光冷卻是滿足亞(ya) 20 nm納米加工業(ye) 要求的兩(liang) 種高度潛在的方式。雖然幾乎所有材料對EUV光的吸收性極強，但是，EUV光學設備和光掩膜十分昂貴且容易損壞。成功開發直寫(xie) 的多光束無掩膜EUV納米光刻技術，是克服這種技術挑戰的一種可行解決(jue) 方案。另外，激光冷卻可以在原子通過時控製原子在基板表麵的沉積，並通過激光光束幹涉配置的駐波“聚焦”，以達到低至亞(ya) 10 nm的形體(ti) 尺寸。