干渉フェムト秒レーザー加工を用いたナノバンプ形成による表面ナノ構造修飾技術の開発

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本研究の目的は、干渉フェムト秒レーザー加工を用いたナノバンブアレー形成の基礎特性を明らかにすることである。研究成果を列挙する。(1)フルエンスに対する特性:厚さ50nmの金薄膜に4光束干渉光をシングルショット照射した場合、74mJ/cm^2から105mJ/cm^2にかけてナノバンプアレーが形成された。最小バンプ径は330nm、最大バンプ高さ及びアスペクト比はそれぞれ455nm、0.45であり、フルエンスによってコントローラブルである。(2)パルス幅に対する特性:87mJ/cm^2の場合、パルス幅350fs以下ではバンプ高さ400nm程度で変化が無く、それより長い場合にサイズが減少し、1.6ps以上ではバンプが形成されなかった。これは励起電子の拡散、非加熱領域への熱伝導、光吸収率変化等によるエネルギーロスが原因である。ロスはフルエンスの増加で補償できるが、極端な条件である190mJ/cm^2、2.4psでは形状が流体的(水滴状)になった。これは薄膜面内の温度が比較的均一に上昇し、バンプ形成メカニズムが流体的になったためである。(3)膜厚に対する特性:10nmでは19mJ/cm^2という低いフルエンスからナノホールアレーが形成された。500nmの厚膜では上記(1)のフルエンス領域ではナノバンプは形成されず、適正範囲が存在することが確認された。(4)ナノバンプ密度:3000万個/cm^2以上の密度を達成した。レーザーの干渉パラメーター(波長、角度)でコントローラブルである。(5)素材に対する特性:Cr等の異素材の場合、ナノバンプは確認されなかった。コーティングによる汎用性向上が有効である。(6)多ショット加工:準周期構造(周期160〜190nm)と精密周期構造(1.2 or 1.7μm周期)からなる複合周期構造が形成された。より高度な表面ナノ修飾法として有望である。