[发明专利]一种基于深度学习的山脊型表面5G芯片飞秒智能加工技术与装备

说明书

本发明公开了一种基于深度学习的山脊型表面5G芯片的飞秒智能加工技术与装备，利用特定偏振态的飞秒激光激励表面等离子体激元对5G芯片进行扫描加工，通过智能反馈调控激光能量、重复频率、偏振态以及扫描速度等参数，在扫描5G芯片主轨迹的同时，能够在主轨迹两侧产生周期纳米条纹刻槽，从而在5G芯片表面上形成连续的纳米山脊型结构。同时，通过调控飞秒激光加工的物理特性在光学状态与静电状态间转化，能够实现间距范围在数十纳米到数百纳米的纳米山脊型结构的加工。本发明在综合优化和提升5G芯片性能的同时，对于5G芯片加工技术具有创新意义。

技术领域

本发明属于5G芯片加工技术领域，具体涉及一种基于深度学习的山脊型表面5G芯片飞秒智能加工技术与装备。

背景技术

5G技术，即第五代移动通信技术，是最新一代蜂窝移动通信技术，被看作未来物联网、车联网等万物互联的基础。2019年被称为“5G商用元年”，随着5G的商用，将对各行各业带来技术变革，并对人类生活、生产方式带来巨大的影响。5G技术具备大带宽、高可靠低延时及大连接的优势，可有效推动行业向智慧化发展。5G芯片为5G技术用半导体元件产品的统称，是5G技术的关键部件，具有体积小、集成化和智能化程度高的特点，随着5G技术在各领域的不断应用及创新，对于5G芯片的需求及技术创新也将成为其发展的必然趋势。

飞秒激光微纳加工技术引起超短时间、超强峰值功率，飞秒激光打破了以往传统的激光加工方法，开创了材料超精细、低损伤加工处理的新领域，在精密加工、集成电路、消费电子、医学美容、航空航天、光伏能源等多个领域得到非常广泛应用。具有精确的靶向聚焦定位特点，能够聚焦超微空间。将超微细加工应用于先进制造技术，对某些关键性生产技术(如集成电路)能起到直接的推动作用。目前，飞秒激光微纳加工技术能够突破衍射极限尺寸，可达到纳米水平，能够满足5G芯片的精密切割、钻孔等加工需求，以及相关5G芯片的电路图案的直接加工。然而，随着5G技术的不断应用和发展，对5G芯片的性能要求逐渐提高，通常通过先进材料的应用、加工结构的优化、制程工艺的提高等方法和手段来实现和满足5G芯片的使用要求。显然，现有的飞秒激光微纳加工技术难以满足高性能芯片发展提出的更高加工要求，并且还存在加工速度慢、智能化程度低等问题，因此，对于应用于5G芯片的飞秒激光微纳加工技术的优化和创新是该加工技术发展的必然途径。

表面等离子体激元(Surface Plasmon Polaritons,SPPs)，即当介质表面的自由电子在与其共振频率相同的入射光照射下，自由电子与光子相互作用产生的一种电磁波模式。通常，在相同频率条件下，表面等离子体激元的波矢量大于光波矢量，需要通过耦合的方式保证激发光和表面等离子体激元的波矢相匹配，才能激光表面等离子体激元。利用表面等离子体激元可以有限地突破光学衍射极限，加工出超精细的纳米光栅结构。特别地，基于飞秒激光的表面等离子体激元技术可将飞秒激光多脉冲烧蚀的物理特性由光学状态转化为静电状态，使烧蚀加工的纳米光栅结构的尺寸突破衍射极限，实现10nm级的纳米光栅的加工。

超分辨显微成像技术，是指能够实现超光学衍射极限尺寸分辨率的显微成像技术，突破了光学显微镜分辨率极限(200nm)，实现数十纳米甚至十余纳米的超分辨率的显微成像。超分辨显微成像技术常见的方法包括：受激发射损耗显微镜技术(STED)，光激活定位显微镜技术(PALM),结构光照明技术(SIM)和随机光学重建显微技术(STORM)等。此外，利用表面等离子体激发使得表面波放大并参数成像，制得表面等离子体共振超透镜，可以实现超衍射极限的超分辨显微成像。相较于扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)原子力显微镜(AFM)等技术通常对样品存在较大的破坏性，超分辨显微成像技术可不对样品造成破坏，甚至可实现生物活体样品的观测，能够更加清晰观察尺寸在200nm以内的生物结构，超分辨显微成像技术的应用对于人类科学发展，特别是生命科学方面具有重要的意义。同样，借助于超分辨显微成像技术，在微纳加工领域，可以实现对加工的超衍射极限的微纳结构进行观察和监测。利用超分辨显微成像技术能够使观察与加工过程具有更高的同步性，甚至能够实现在线实时监测。