আল্ট্রাফাস্ট লেজার মাইক্রো-ন্যানো উত্পাদন-শিল্প অ্যাপ্লিকেশন

যদিও আল্ট্রাফাস্ট লেজারগুলি কয়েক দশক ধরে রয়েছে, গত দুই দশকে শিল্প অ্যাপ্লিকেশনগুলি দ্রুত বৃদ্ধি পেয়েছে। 2019 সালে, আল্ট্রাফাস্টের বাজার মূল্যলেজার উপাদানপ্রক্রিয়াকরণ ছিল প্রায় US$460 মিলিয়ন, যৌগিক বার্ষিক বৃদ্ধির হার 13%। প্রয়োগের ক্ষেত্র যেখানে আল্ট্রাফাস্ট লেজারগুলি সফলভাবে শিল্প উপকরণ প্রক্রিয়াকরণের জন্য ব্যবহার করা হয়েছে সেমিকন্ডাক্টর শিল্পে ফটোমাস্ক তৈরি এবং মেরামতের পাশাপাশি সিলিকন ডাইসিং, গ্লাস কাটিং/স্ক্রাইবিং এবং (ইন্ডিয়াম টিন অক্সাইড) মোবাইল ফোন এবং ট্যাবলেটের মতো গ্রাহক ইলেকট্রনিক্সে আইটিও ফিল্ম অপসারণ। , স্বয়ংচালিত শিল্পের জন্য পিস্টন টেক্সচারিং, করোনারি স্টেন্ট উত্পাদন এবং চিকিৎসা শিল্পের জন্য মাইক্রোফ্লুইডিক ডিভাইস উত্পাদন।

01 সেমিকন্ডাক্টর শিল্পে ফটোমাস্ক তৈরি ও মেরামত

আল্ট্রাফাস্ট লেজারগুলি উপকরণ প্রক্রিয়াকরণের প্রথম দিকের শিল্প অ্যাপ্লিকেশনগুলির মধ্যে একটিতে ব্যবহৃত হয়েছিল। IBM 1990 এর দশকে ফটোমাস্ক উৎপাদনে ফেমটোসেকেন্ড লেজার অ্যাবলেশনের প্রয়োগের কথা জানিয়েছে। ন্যানোসেকেন্ড লেজার অ্যাবলেশনের সাথে তুলনা করে, যা মেটাল স্প্যাটার এবং কাঁচের ক্ষতি করতে পারে, ফেমটোসেকেন্ড লেজারের মাস্কগুলি কোন ধাতব স্প্যাটার, কাচের ক্ষতি নেই, ইত্যাদি সুবিধাগুলি দেখায়। এই পদ্ধতিটি ইন্টিগ্রেটেড সার্কিট (ICs) তৈরি করতে ব্যবহৃত হয়। একটি IC চিপ তৈরি করতে 30টি মুখোশের প্রয়োজন হতে পারে এবং $100,000> খরচ হতে পারে। ফেমটোসেকেন্ড লেজার প্রক্রিয়াকরণ 150nm এর নিচে লাইন এবং পয়েন্ট প্রক্রিয়া করতে পারে।

চিত্র 1. ফটোমাস্ক তৈরি এবং মেরামত

চিত্র 2. চরম অতিবেগুনী লিথোগ্রাফির জন্য বিভিন্ন মাস্ক প্যাটার্নের অপ্টিমাইজেশন ফলাফল

02 সেমিকন্ডাক্টর শিল্পে সিলিকন কাটিং

সিলিকন ওয়েফার ডাইসিং সেমিকন্ডাক্টর শিল্পে একটি আদর্শ উত্পাদন প্রক্রিয়া এবং সাধারণত যান্ত্রিক ডাইসিং ব্যবহার করে সঞ্চালিত হয়। এই কাটিং চাকাগুলো প্রায়ই মাইক্রোক্র্যাক তৈরি করে এবং পাতলা (যেমন পুরুত্ব <150 μm) ওয়েফার কাটা কঠিন। সিলিকন ওয়েফারের লেজার কাটিং বহু বছর ধরে সেমিকন্ডাক্টর শিল্পে ব্যবহৃত হয়ে আসছে, বিশেষ করে পাতলা ওয়েফারের জন্য (100-200μm), এবং এটি একাধিক ধাপে করা হয়: লেজার গ্রুভিং, তারপরে যান্ত্রিক বিচ্ছেদ বা স্টিলথ কাটিং (অর্থাৎ ইনফ্রারেড লেজার রশ্মি ভিতরে) সিলিকন স্ক্রাইবিং) যান্ত্রিক টেপ বিচ্ছেদ দ্বারা অনুসরণ করে। ন্যানোসেকেন্ড পালস লেজার প্রতি ঘন্টায় 15টি ওয়েফার প্রক্রিয়া করতে পারে এবং পিকোসেকেন্ড লেজারটি উচ্চ মানের সাথে প্রতি ঘন্টায় 23টি ওয়েফার প্রক্রিয়া করতে পারে।

03 গ্রাসযোগ্য ইলেকট্রনিক্স শিল্পে গ্লাস কাটিং/স্ক্রাইবিং

মোবাইল ফোন এবং ল্যাপটপের জন্য টাচ স্ক্রিন এবং প্রতিরক্ষামূলক চশমা পাতলা হয়ে যাচ্ছে এবং কিছু জ্যামিতিক আকার বাঁকা হয়ে গেছে। এটি ঐতিহ্যগত যান্ত্রিক কাটিং আরও কঠিন করে তোলে। সাধারণ লেজারগুলি সাধারণত খারাপ কাট মানের উত্পাদন করে, বিশেষ করে যখন এই গ্লাস ডিসপ্লেগুলি 3-4 স্তরে স্ট্যাক করা হয় এবং উপরের 700 μm পুরু প্রতিরক্ষামূলক গ্লাসটি টেম্পারড হয়, যা স্থানীয় চাপের সাথে ভেঙে যেতে পারে। আল্ট্রাফাস্ট লেজারগুলি আরও ভাল প্রান্ত শক্তির সাথে এই চশমাগুলি কাটতে সক্ষম বলে দেখানো হয়েছে। বড় ফ্ল্যাট প্যানেল কাটার জন্য, ফেমটোসেকেন্ড লেজারটি সামনের পৃষ্ঠের ক্ষতি না করে কাচের শীটের পিছনের পৃষ্ঠের উপর ফোকাস করা যেতে পারে। তারপর স্কোর করা প্যাটার্ন বরাবর যান্ত্রিক বা তাপীয় উপায় ব্যবহার করে কাচ ভাঙা যেতে পারে।

চিত্র 3. পিকোসেকেন্ড আল্ট্রাফাস্ট লেজার গ্লাস বিশেষ আকৃতির কাটিং

04 স্বয়ংচালিত শিল্পে পিস্টন টেক্সচার

লাইটওয়েট গাড়ির ইঞ্জিনগুলি অ্যালুমিনিয়াম অ্যালো দিয়ে তৈরি, যা ঢালাই লোহার মতো পরিধান-প্রতিরোধী নয়। গবেষণায় দেখা গেছে যে গাড়ির পিস্টন টেক্সচারের ফেমটোসেকেন্ড লেজার প্রক্রিয়াকরণ ঘর্ষণকে 25% পর্যন্ত কমাতে পারে কারণ ধ্বংসাবশেষ এবং তেল কার্যকরভাবে সংরক্ষণ করা যেতে পারে।

চিত্র 4. ইঞ্জিন কর্মক্ষমতা উন্নত করতে অটোমোবাইল ইঞ্জিন পিস্টনের ফেমটোসেকেন্ড লেজার প্রক্রিয়াকরণ

05 চিকিৎসা শিল্পে করোনারি স্টেন্ট উৎপাদন

লক্ষ লক্ষ করোনারি স্টেন্ট শরীরের করোনারি ধমনীতে রোপণ করা হয় যাতে রক্ত ​​অন্যথায় জমাটবদ্ধ জাহাজে প্রবাহিত হওয়ার জন্য একটি চ্যানেল খোলা হয়, যা প্রতি বছর লক্ষ লক্ষ জীবন বাঁচায়। করোনারি স্টেন্টগুলি সাধারণত ধাতু (যেমন, স্টেইনলেস স্টীল, নিকেল-টাইটানিয়াম আকৃতির মেমরি অ্যালয়, বা অতি সম্প্রতি কোবাল্ট-ক্রোমিয়াম খাদ) প্রায় 100 μm এর স্ট্রট প্রস্থের তারের জাল থেকে তৈরি করা হয়। লং-পালস লেজার কাটিংয়ের তুলনায়, বন্ধনী কাটার জন্য আল্ট্রাফাস্ট লেজার ব্যবহারের সুবিধাগুলি হল উচ্চ কাট গুণমান, ভাল পৃষ্ঠের ফিনিস এবং কম ধ্বংসাবশেষ, যা প্রক্রিয়াকরণের পরে খরচ কমায়।

চিকিৎসা শিল্পের জন্য 06 মাইক্রোফ্লুইডিক ডিভাইস উত্পাদন

মাইক্রোফ্লুইডিক ডিভাইসগুলি সাধারণত রোগ পরীক্ষা এবং নির্ণয়ের জন্য চিকিৎসা শিল্পে ব্যবহৃত হয়। এগুলি সাধারণত পৃথক অংশের মাইক্রো-ইনজেকশন ছাঁচনির্মাণ এবং তারপর আঠালো বা ঢালাই ব্যবহার করে বন্ধন দ্বারা তৈরি করা হয়। মাইক্রোফ্লুইডিক ডিভাইসের আল্ট্রাফাস্ট লেজার ফ্যাব্রিকেশনে সংযোগের প্রয়োজন ছাড়াই কাচের মতো স্বচ্ছ উপকরণের মধ্যে 3D মাইক্রোচ্যানেল তৈরি করার সুবিধা রয়েছে। একটি পদ্ধতি হল আল্ট্রাফাস্ট লেজার তৈরি করা বাল্ক কাচের ভিতর ওয়েট কেমিক্যাল এচিং এবং আরেকটি হল ফেমটোসেকেন্ড লেজার অ্যাবলেশন গ্লাসের ভিতরে বা প্লাস্টিকের পাতিত জলে ধ্বংসাবশেষ অপসারণ করা। আরেকটি পদ্ধতি হল মেশিন চ্যানেলগুলিকে কাচের পৃষ্ঠে প্রবেশ করানো এবং ফেমটোসেকেন্ড লেজার ওয়েল্ডিংয়ের মাধ্যমে একটি কাচের আবরণ দিয়ে সীলমোহর করা।

চিত্র 6. কাচের সামগ্রীর ভিতরে মাইক্রোফ্লুইডিক চ্যানেল প্রস্তুত করতে ফেমটোসেকেন্ড লেজার-প্ররোচিত নির্বাচনী এচিং

07 ইনজেক্টর অগ্রভাগের মাইক্রো ড্রিলিং

ফেমটোসেকেন্ড লেজার মাইক্রোহোল মেশিনিং ফ্লো হোল প্রোফাইল পরিবর্তনে অধিকতর নমনীয়তার কারণে উচ্চ-চাপ ইনজেক্টর বাজারে অনেক কোম্পানিতে মাইক্রো-ইডিএম প্রতিস্থাপন করেছে এবং ছোট মেশিনিং সময়। একটি প্রিসেসিং স্ক্যান হেডের মাধ্যমে স্বয়ংক্রিয়ভাবে ফোকাস অবস্থান এবং মরীচির কাত নিয়ন্ত্রণ করার ক্ষমতা অ্যাপারচার প্রোফাইলের ডিজাইনের দিকে পরিচালিত করেছে (যেমন, ব্যারেল, ফ্লেয়ার, কনভারজেন্স, ডাইভারজেন্স) যা দহন চেম্বারে পরমাণুকরণ বা অনুপ্রবেশকে উন্নীত করতে পারে। ড্রিলিং সময় 0.2 - 0.5 মিমি ড্রিলের পুরুত্ব এবং 0.12 - 0.25 মিমি ছিদ্রের ব্যাস সহ অ্যাবলেশন ভলিউমের উপর নির্ভর করে, এই কৌশলটি মাইক্রো-EDM থেকে দশগুণ দ্রুততর করে তোলে। মাইক্রোড্রিলিং তিনটি পর্যায়ে সঞ্চালিত হয়, যার মধ্যে পাইলট ছিদ্রগুলির রুক্ষকরণ এবং সমাপ্তি অন্তর্ভুক্ত। অক্সিডেশন থেকে বোরহোলকে রক্ষা করতে এবং প্রাথমিক পর্যায়ে চূড়ান্ত প্লাজমাকে রক্ষা করতে আর্গন একটি সহায়ক গ্যাস হিসাবে ব্যবহৃত হয়।

চিত্র 7. ডিজেল ইঞ্জিন ইনজেক্টরের জন্য উল্টানো টেপার হোলের ফেমটোসেকেন্ড লেজার উচ্চ-নির্ভুল প্রক্রিয়াকরণ

08 আল্ট্রা-ফাস্ট লেজার টেক্সচারিং

সাম্প্রতিক বছরগুলিতে, যন্ত্রের নির্ভুলতা উন্নত করতে, উপাদানের ক্ষতি কমাতে এবং প্রক্রিয়াকরণের দক্ষতা বাড়ানোর জন্য, মাইক্রোমেশিনিংয়ের ক্ষেত্রটি ধীরে ধীরে গবেষকদের কেন্দ্রবিন্দুতে পরিণত হয়েছে। আল্ট্রাফাস্ট লেজারের বিভিন্ন প্রক্রিয়াকরণ সুবিধা রয়েছে যেমন কম ক্ষতি এবং উচ্চ নির্ভুলতা, যা প্রক্রিয়াকরণ প্রযুক্তির উন্নয়নের প্রচারের কেন্দ্রবিন্দু হয়ে উঠেছে। একই সময়ে, আল্ট্রাফাস্ট লেজারগুলি বিভিন্ন উপকরণের উপর কাজ করতে পারে এবং লেজার প্রক্রিয়াকরণ উপাদান ক্ষতিও একটি প্রধান গবেষণা দিক। আল্ট্রাফাস্ট লেজার ব্যবহার করা হয় উপকরণ কমানোর জন্য। যখন লেজারের শক্তির ঘনত্ব উপাদানের বিমোচন থ্রেশহোল্ডের চেয়ে বেশি হয়, তখন আবৃত পদার্থের পৃষ্ঠটি নির্দিষ্ট বৈশিষ্ট্য সহ একটি মাইক্রো-ন্যানো কাঠামো দেখাবে। গবেষণা দেখায় যে এই বিশেষ পৃষ্ঠের গঠন একটি সাধারণ ঘটনা যা ঘটে যখন লেজার প্রক্রিয়াকরণ উপকরণ। পৃষ্ঠের মাইক্রো-ন্যানো কাঠামোর প্রস্তুতি উপাদানের বৈশিষ্ট্যগুলিকে উন্নত করতে পারে এবং নতুন উপকরণগুলির বিকাশকেও সক্ষম করতে পারে। এটি আল্ট্রাফাস্ট লেজার দ্বারা পৃষ্ঠের মাইক্রো-ন্যানো কাঠামোর প্রস্তুতিকে গুরুত্বপূর্ণ উন্নয়ন তাত্পর্য সহ একটি প্রযুক্তিগত পদ্ধতিতে পরিণত করে। বর্তমানে, ধাতব পদার্থের জন্য, আল্ট্রাফাস্ট লেজারের পৃষ্ঠের টেক্সচারিংয়ের উপর গবেষণা ধাতু পৃষ্ঠের ভেজা বৈশিষ্ট্যগুলিকে উন্নত করতে পারে, পৃষ্ঠের ঘর্ষণ এবং পরিধানের বৈশিষ্ট্যগুলিকে উন্নত করতে পারে, আবরণের আনুগত্যকে উন্নত করতে পারে এবং কোষগুলির দিকনির্দেশক প্রসারণ এবং আনুগত্য করতে পারে।

চিত্র 8. লেজার-প্রস্তুত সিলিকন পৃষ্ঠের সুপারহাইড্রোফোবিক বৈশিষ্ট্য

একটি অত্যাধুনিক প্রক্রিয়াকরণ প্রযুক্তি হিসাবে, আল্ট্রাফাস্ট লেজার প্রক্রিয়াকরণে ছোট তাপ-আক্রান্ত অঞ্চল, উপকরণগুলির সাথে মিথস্ক্রিয়া করার অ-রৈখিক প্রক্রিয়া এবং বিচ্ছুরণের সীমা ছাড়িয়ে উচ্চ-রেজোলিউশন প্রক্রিয়াকরণের বৈশিষ্ট্য রয়েছে। এটি বিভিন্ন উপকরণের উচ্চ-মানের এবং উচ্চ-নির্ভুলতা মাইক্রো-ন্যানো প্রক্রিয়াকরণ উপলব্ধি করতে পারে। এবং ত্রিমাত্রিক মাইক্রো-ন্যানো স্ট্রাকচার ফ্যাব্রিকেশন। বিশেষ উপকরণ, জটিল কাঠামো এবং বিশেষ ডিভাইসগুলির লেজার উত্পাদন অর্জন মাইক্রো-ন্যানো উত্পাদনের জন্য নতুন পথ উন্মুক্ত করে। বর্তমানে, ফেমটোসেকেন্ড লেজার অনেক অত্যাধুনিক বৈজ্ঞানিক ক্ষেত্রে ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়েছে: ফেমটোসেকেন্ড লেজার বিভিন্ন অপটিক্যাল ডিভাইস যেমন মাইক্রোলেন অ্যারে, বায়োনিক যৌগ চোখ, অপটিক্যাল ওয়েভগাইড এবং মেটাসারফেস প্রস্তুত করতে ব্যবহার করা যেতে পারে; এর উচ্চ নির্ভুলতা, উচ্চ রেজোলিউশন এবং ত্রিমাত্রিক প্রক্রিয়াকরণ ক্ষমতা ব্যবহার করে, ফেমটোসেকেন্ড লেজার মাইক্রোফ্লুইডিক এবং অপ্টোফ্লুইডিক চিপগুলি যেমন মাইক্রোহিটার উপাদান এবং ত্রি-মাত্রিক মাইক্রোফ্লুইডিক চ্যানেলগুলি প্রস্তুত বা সংহত করতে পারে; এছাড়াও, ফেমটোসেকেন্ড লেজার অ্যান্টি-রিফ্লেকশন, অ্যান্টি-রিফ্লেকশন, সুপার-হাইড্রোফোবিক, অ্যান্টি-আইসিং এবং অন্যান্য ফাংশন অর্জনের জন্য বিভিন্ন ধরনের সারফেস মাইক্রো-ন্যানোস্ট্রাকচারও প্রস্তুত করতে পারে; শুধু তাই নয়, বায়োমেডিসিনের ক্ষেত্রেও ফেমটোসেকেন্ড লেজার প্রয়োগ করা হয়েছে, যা জৈবিক মাইক্রো-স্টেন্ট, সেল কালচার সাবস্ট্রেট এবং জৈবিক মাইক্রোস্কোপিক ইমেজিংয়ের মতো ক্ষেত্রে অসামান্য কর্মক্ষমতা দেখায়। বিস্তৃত আবেদন সম্ভাবনা. বর্তমানে, ফেমটোসেকেন্ড লেজার প্রক্রিয়াকরণের প্রয়োগের ক্ষেত্রগুলি বছরের পর বছর প্রসারিত হচ্ছে। উপরে উল্লিখিত মাইক্রো-অপ্টিক্স, মাইক্রোফ্লুইডিক্স, মাল্টি-ফাংশনাল মাইক্রো-ন্যানোস্ট্রাকচার এবং বায়োমেডিকেল ইঞ্জিনিয়ারিং অ্যাপ্লিকেশনগুলি ছাড়াও, এটি মেটাসারফেস প্রস্তুতির মতো কিছু উদীয়মান ক্ষেত্রেও বিশাল ভূমিকা পালন করে। , মাইক্রো-ন্যানো উত্পাদন এবং বহুমাত্রিক অপটিক্যাল তথ্য সঞ্চয়স্থান, ইত্যাদি।