同時高功率準分子激光器可以在高達600Hz的重複頻率下運轉，使得每秒處理幾十平方厘米的表麵加工速度成為(wei) 可能。
準分子激光器具有可擴展至數百瓦的較高的單脈衝(chong) 能量，這意味著可以處理更大的區域尺寸，同時每秒鍾可提供數百個(ge) 脈衝(chong) ，這必將在製造業(ye) 中引發規模效應，以前所未有的方式增進盈利。
隻有當紫外激光的波長和高輸出功率這兩(liang) 個(ge) 必要條件同時具備，正如準分子激光器那樣，才能滿足工業(ye) 界對於(yu) 微尺度構造及快速大麵積表麵處理（每秒速度達幾十平方厘米）的迫切需求。
事實上，基於(yu) 表麵微結構處理的準分子激光器常常是基本的製造步驟，在下文介紹應用實例時會(hui) 作進一步闡述。

紫外光的直接產(chan) 生是關(guan) 鍵
準分子激光技術的激光躍遷發生在紫外光譜範圍，正是這個(ge) 原因，使得準分子激光技術能夠淩駕於(yu) 其他紫外技術之上。準分子激光是在內(nei) 在機理上直接產(chan) 生紫外光子，這使其成為(wei) 市場上最強和最穩定的紫外激光光源。


 

表1：各種紫外技術的性能參數比較（準分子激光 vs. 基於(yu) 頻率變換的Nd:YAG激光）

與(yu) 此相反，並行的紫外產(chan) 生概念基於(yu) 紅外（IR）及可見光，需要采用非線性頻率轉換技術，這將不可避免地使紫外輸出效率及輸出穩定性大打折扣，嚴(yan) 重影響激光器的實際輸出性能[2]。
表1概括比較了準分子激光器技術和紅外上轉換激光器技術的典型紫外性能參數。
隻有準分子激光器可以直接發射紫外波長，並且沒有任何其他的技術折中，這使其在微米級高精度加工、高生產(chan) 能力的批處理及大規模製造中成為(wei) 最卓越的解決(jue) 方案。

經紫外準分子處理後獲得更好的表麵特性
以下給出的多個(ge) 應用實例，將最大限度地呈現準分子激光器在當今先進製造領域中的創新潛力。在下述這些製造實例中，均包含生產(chan) 中起關(guan) 鍵作用的準分子激光器，以實現性能上的飛躍。


 

圖4. 經準分子激光處理的Diesel 引擎汽缸視圖（Audi AG）。

增強Diesel馬達的性能
Diesel引擎是世界上運輸部門領域最重要的汽油、柴油燃料使用者之一。Diesel引擎對於(yu) 公共交通、貨運（通過公路、鐵路及海洋等）及農(nong) 業(ye) 機械至關(guan) 重要。並且，大約40%的歐洲汽車市場是基於(yu) Diesel引擎的。
市場對於(yu) 更高功率及效率的需求，加之嚴(yan) 格的環境立法對節省燃料以及減小環境汙染的苛刻要求，不斷迫使引擎製造商尋求製造方案上的革新。
因為(wei) Diesel引擎技術使用高的壓縮比，考慮到潤滑及耐磨的要求，活塞在鑄鐵汽缸套（如圖4所示）中來回移動時的摩擦條件是非常重要的。

傳(chuan) 統的汽缸壁處理
如圖5所示，在傳(chuan) 統汽缸套的內(nei) 壁上呈現出許多微通道交錯的形貌，這是由於(yu) 機械拋光（即所謂的搪磨處理）導致的。由於(yu) 這些微通道的存在，當活塞在汽缸內(nei) 移動時，缸內(nei) 的潤滑油將順著這些微通道流出缸外，這將嚴(yan) 重削弱活塞環和汽缸壁的潤滑效果。並且，事實上，活塞環和汽缸套壁之間的摩擦損耗占據Diesel引擎所有損耗的比例多達60%。


 

圖5.傳(chuan) 統鑄鐵汽缸套表麵的微結構圖（Audi AG）。從(cong) 圖中可以清晰地看到由於(yu) 機械搪磨加工引起的呈十字交叉狀的微通道結構。

圖6. 經過準分子激光處理後的汽缸套表麵的微結構圖。更為(wei) 平滑和堅硬的表麵意味著更少的摩擦和磨損。釋放出石墨包含物的凹槽可以充當儲(chu) 油容器（Audi AG）。

基於(yu) 準分子激光的汽缸壁加工
如圖6所示，借助308nm準分子激光器的紫外光子及氮輔助氣體(ti) 對汽缸套進行後處理，可以完全將上述不利於(yu) 潤滑的缸壁表麵結構轉變為(wei) 更利於(yu) 潤滑的構造。
具有短波長和高光子能量的準分子激光可以與(yu) 鑄鐵材料發生強烈作用，通過以下的三種效應，將汽缸內(nei) 表麵處理成完全不同的表麵。
（1）有選擇地融化到大約2祄深度，可以實現汽缸套表麵的大致平滑。
（2）由於(yu) 近壁表麵石墨包含物的釋放，從(cong) 而形成了可充當儲(chu) 油容器的凹槽。
（3）氮輔助氣將引起額外的表麵硬化，這是因為(wei) 形成的氮化物將隨即濃縮在熔融表麵上。
采用Diesel引擎測試程序進行對比分析，測試結果顯示了經過準分子激光處理的汽缸相對於(yu) 傳(chuan) 統的搪磨型汽缸在磨損上減少的百分比。準分子激光加工工藝使汽缸套和活塞環的磨損程度減小超過了85%。而且，與(yu) 傳(chuan) 統的搪磨型汽缸相比，燃油消耗量也減小了大約75%[3]（以上具體(ti) 數值取決(jue) 於(yu) 工作周期）。
因此，準分子激光處理工藝可以提高燃料效率，減少長期磨損，從(cong) 而反過來又可以減小燃油消耗及有害粒子釋放，進一步節省資源並保護環境。
對於(yu) 引擎製造商而言，準分子激光處理工藝帶來的經濟效益是雙重的：不但可以使他們(men) 的引擎製造輕易符合法律要求，更可使他們(men) 的產(chan) 品在激烈的市場競爭(zheng) 中標新立異。

推進顯示產(chan) 業(ye) 發展
在過去幾十年裏，全球平板顯示產(chan) 業(ye) 在各個(ge) 顯示領域，從(cong) 小尺寸的移動電話和汽車導航用顯示屏，中等尺寸的電視機及筆記本電腦顯示屏，再到大尺寸的家庭娛樂(le) 係統和廣告屏幕等，均已經曆了巨大的發展。新興(xing) 的顯示技術，如有機發光二極管技術或者基於(yu) 柔性襯底的顯示技術（如圖7所示），將會(hui) 進一步推動顯示產(chan) 業(ye) 的迅猛發展。平板顯示製造商將不斷麵臨(lin) 關(guan) 於(yu) 減小功率消耗，更快響應時間，增強對比度及更好分辨率等方麵的需求，從(cong) 而對薄膜矽底板也提出了更為(wei) 苛刻的要求。因此，越來越多地要求更快、更亮的顯示設備，正不斷挑戰著傳(chuan) 統非晶矽底板的性能極限。


 

圖7. 基於(yu) 柔性聚合物型底板的可彎曲顯示設備（Plastic Logic GmbH）。

傳(chuan) 統的矽底板加工
對於(yu) 有源矩陣顯示設備，傳(chuan) 統的技術是采用矽材料，利用高溫高真空化學氣相沉積工藝，形成基本的導電層。然而不幸的是，采用這種技術獲得的矽層大部分在性質上為(wei) 非結晶的，這意味著將嚴(yan) 重限製像素切換速度及平板顯示設備的總電力消耗。
特別地，提供更高亮度和更高分辨率的高性能顯示設備，最終還要依賴於(yu) 快速切換及更小的晶體(ti) 管，因此，這需要傳(chuan) 統的非晶矽底板提供超過1cm2/V-sec的電子遷移率。

基於(yu) 準分子激光的矽底板加工
采用額外的準分子激光處理工藝（如圖8所示），可以將低電子遷移率的非晶矽轉變為(wei) 性能更高的多晶矽薄膜，從(cong) 而不但可以為(wei) 新興(xing) 的有源矩陣型有機發光二極管技術（AM-OLED）提供需要的驅動電流，而且可以為(wei) 高分辨率有源矩陣型液晶屏（AM-LCD）提供更快的電壓切換。 #p#分頁標題#e#
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通過對非晶矽層進行選擇性退火及再結晶，可以得到高度有序的微結構，從(cong) 而實現非晶矽層向多晶矽層的轉變。由於(yu) 308nm準分子激光的短波長及小的穿透深度，矽下麵的玻璃襯底將不會(hui) 受到高功率準分子激光光束的影響[4]。

另外，考慮到準分子激光幾百瓦的輸出功率，快速大麵積處理也是可行的。最終的處理結果是將電子遷移率顯著提高到高於(yu) 100cm2/V-sec，這個(ge) 值比傳(chuan) 統非晶矽層高了兩(liang) 個(ge) 數量級。圖9所示的多晶矽層，其高度有序的晶格結構可以使電子更容易移動。


 

圖8. 基於(yu) 準分子激光的矽退火工藝原理圖，這種工藝可以將厚度大約50nm的非晶矽轉變為(wei) 具有更高電子遷移率的多晶矽。

因此，準分子激光處理工藝可以推動這類依賴於(yu) 高電子遷移率的、高分辨率有源矩陣型液晶屏（AM-LCD）和有源矩陣型有機發光二極管 （AM-OLED）更快進入市場，這些顯示產(chan) 品具有更快、更亮、更薄、更輕的誘人優(you) 勢。

總之，由於(yu) 其低溫退火特性，準分子激光表麵變換技術，成為(wei) 可彎曲電子書(shu) 及報紙這類基於(yu) 柔性聚合物襯底（而非玻璃底板）的另類顯示技術的基本工藝環節。

增加太陽電池板的效率
盡管太陽能光電產(chan) 業(ye) 在逐年高速發展，但是實現太陽能發電成本與(yu) 現有電力成本持平的目標仍然很困難。這項技術在沒有被大力扶持的情況下，可能還需要5年或更長的時間才能具有大範圍的競爭(zheng) 優(you) 勢。
因此，目前通過工藝優(you) 化，材料改進（用於(yu) 提高太陽能電池效率）以及玻璃、晶片及接觸電極的改進（用於(yu) 增強對太陽光的捕獲），可以極大地推動太陽能光電市場的發展。

傳(chuan) 統的矽晶片刻蝕
到目前為(wei) 止，基於(yu) 多晶矽太陽能電池的矽是目前商業(ye) 化大規模生產(chan) 的主體(ti) 。通常使用線鋸切割矽錠來生產(chan) 晶片，這個(ge) 工藝將會(hui) 在晶片表麵上形成深度大約10祄的微小裂痕，因為(wei) 它將減小晶片的機械強度，並增加在表麵區域的重組，所以必須設法消除線鋸引起的損傷(shang) 。傳(chuan) 統上采用快速溶液刻蝕方法來消除這種線鋸損傷(shang) 。考慮到結晶麵取向及雜質導致的局部不同的刻蝕速度，大約幾個(ge) 微米隨機分布的缺口將出現在整個(ge) 表麵上（如圖11所示），這種結構不利於(yu) 光反射損耗。但是，為(wei) 了得到高效率的太陽能電池，又必須得減小這個(ge) 表麵上的光反射率。


 

圖9. 經308nm準分子激光退火及再結晶後形成的高度有序的多結晶矽層（The Japan Steel Works Ltd.）。

圖10. 大尺寸多晶太陽電池板裝置。

圖11. 多晶矽晶片經刻蝕液處理後的表麵微觀視圖。