현대과학기술이 비약적으로 발전하는 배경하에서 마이크로메터 나아가서는 나노척도의 정밀제조기술은 집적회로, 광자부품, 생물의료와 선진재료 등 분야의 돌파를 추진하는 핵심추진력으로 되였다.그 중, 마이크로 나노 레이저 3차원 광각은 고정밀도, 고유연성의 증재 제조 기술로서 점차 마이크로 나노 구조 가공 분야의 최전방 도구가 되고 있다.이는 전통적인 평면광각의 2차원제한을 돌파하고 복잡한 3차원마이크로구조의 직접쓰기를 실현하여"마이크로나세계의 3D프린터"로 불리웠다.

1. 무엇이 마이크로 나노 레이저 3차원 광각입니까?

마이크로 나노 레이저 3D 광각은 이중 광자 중합, Two-Photon Polymerization, TPP와 같은 비선형 광학 효과에 기반한 초해상도 3D 가공 기술입니다.그 기본 원리는 초점의 초고속 레이저 빔 (일반적으로 초속 레이저) 을 이용하여 광민 수지 재료를 비추는 것이다. 레이저 초점의 빛의 강도가 임계값에 도달하면 국부적인 쌍광자 흡수를 유발하여 발광 유발제의 화학 반응을 건드려 수지가 중합 경화된다.쌍광자 흡수는 강한 비선형 특성을 가지고 있기 때문에 레이저 초점 중심의 극소 부피 내에서만 중합 반응이 발생할 수 있기 때문에 광학 연사 한계를 훨씬 초과하는 가공 정밀도 (100나노미터 심지어 수십 나노미터 수준) 를 실현할 수 있으며 임의의 3차원 구조를 점차"쓰기"할 수 있다.

2. 기술원리와 핵심부품

1.초고속 레이저 소스

일반적으로 780~800nm 범위의 파장의 초속 펄스 레이저를 사용하는데, 펄스 폭이 매우 짧고 피크 출력이 높아 효율적인 이중 광자 흡수를 실현하는 데 유리하며, 동시에 열 효과를 감소시켜 주변 재료의 손상에 대응한다.

2. 고수치 구경물경

유침이나 공기 고NA (Numerical Aperture) 물경을 사용하여 레이저에 초정밀 초점을 맞추어 마이크로미터급 반점을 형성하는 것이 고해상도를 실현하는 관건이다.

3. 3차원 정밀 포지셔닝 시스템

압전 세라믹으로 구동되는 XYZ 3D 플랫폼 또는 진경 스캐닝 시스템을 통해 포토레지스트에서 레이저 포커스의 이동 경로를 정확하게 제어하여 복잡한 구조의 층별 또는 점별 구축을 실현한다.

4. 포토레지스트 재료(포토레지스트)

이중 광자 중합을 위해 특별히 설계된 포토메트릭 수지를 사용하여 일반적으로 광 유발제, 단일 및 접합제를 포함합니다.재료는 높은 쌍광자 흡수 단면, 빠른 경화 응답 및 좋은 기계적 안정성을 갖추어야합니다.

5. 컴퓨터 제어 시스템 및 소프트웨어

CAD 파일과 같은 3D 모델을 슬라이스한 후 제어 소프트웨어에 의해 제어되는 레이저와 플랫폼이 함께 작동하는 스캔 경로를 생성하여 자동화된 가공을 완료합니다.

3. 기술 우위와 특징

1. 초고해상도

전통적인 광학 연사 한계를 돌파하고 가공 정밀도가 50~200nm에 달하며 광자 결정, 초재료, 미광학 소자 등 나노 구조를 제조하는 데 적합하다.

2. 진정한 3차원 가공 능력

전통적인 광각의"층층이 노출 + 각식"공예의 제한을 받지 않고 공중, 나선, 격자, 다공 등 복잡한 3차원 구조를 직접 제조할 수 있어 설계 자유도가 높다.

3. 비접촉식 가공

레이저는 위에서 재료 내부에 초점을 맞추어 템플릿을 덮을 필요가 없어 기계 접촉으로 인한 오염과 손상을 피하고 청정 환경 응용에 적합하다.

4. 광범위한 재료 호환성

유기 포토레지스트 외에도 하이드로겔(바이오 스탠드용), 세라믹 전구체, 금속 나노 복합재료 등을 가공하는 데 사용할 수 있어 응용 경계를 넓혔다.

5. 빠른 원형 제작

소량, 맞춤형 마이크로 나노 부품의 연구 개발과 검증에 적합하며, 연구 개발 주기를 단축한다.

4. 주요 응용분야

1. 미광학과 광자학

광학 칩, 레이저 및 센서를 통합하기 위해 마이크로 렌즈 어레이, 전도, 광자 결정, 초표면 (Metasurfaces) 등을 제조합니다.

2. 생물의학공학

생체모방 조직 지지대, 미세 흐름 제어 칩, 세포 배양 구조를 구축하여 조직 공정, 약물 선별 및 장기 칩 연구에 사용한다.

3. 마이크로컴퓨터 시스템(MEMS)

마이크로기어, 스프링, 집행기 등 가동부품을 제조하여 마이크로로봇과 지능센서의 발전을 추진한다.

4.선진 재료 연구

항공 우주 및 유연 전자를 위한 경량 고강도 점진 구조, 토폴로지 최적화 소재를 구축합니다.

5. 데이터 저장 및 보안 위조 방지

3차원 마이크로 구조를 이용하여 고밀도 광학 저장 또는 위조 방지 라벨을 실현한다.

5. 도전과 미래 전망:

- 더욱 민감도가 높은 포토레지스트를 개발하여 쓰기 효율을 높인다;

- 병렬 다중 빔 가공을 결합하여 대면적의 빠른 제조를 실현한다;

- 인공 지능과 결합하여 구조 설계 및 경로 계획을 최적화합니다.

- 장비 소형화와 국산화를 추진하여 사용 장벽을 낮춘다.

마이크로나 레이저 3차원 광각은 정밀 제조의 기술 혁신일 뿐만 아니라 물리, 화학, 생물과 공학을 연결하는 교차 플랫폼이다.그것은 거시로부터 미시에 이르기까지, 2차원에서 3차원에 이르기까지, 대량 생산에서 개성화된 맞춤형에 이르기까지"제조"에 대한 우리의 이해를 재창조하고 있다.기술이 부단히 성숙됨에 따라 이"마이크로 조각 칼"은 반드시 미래 과학 기술에서 점점 더 중요한 역할을 발휘하여 스마트 제조의 신기원을 열 것이다.