近年来，随着高性价比激光设备的可用性不断提高，基于激光的微加工技术已发展成为“免工具”高精度制造技术不可或缺的工业工具，用于生产由几乎每种类型的材料制成的小型化设备。同时，激光切割和钻孔以及表面蚀刻已发展成为激光微加工应用中的成熟标准方法，在这种应用中，使用定义良好的激光束通过激光烧蚀去除材料。作为一种可精确触发的非机械工具，烧蚀激光束可直接在表面（例如微通道，凹槽和孔阵列）上以及安全特征上进行精确的微观结构图案的减法直接写雕刻。因此，激光直接写入（LDW）技术最初意味着要进行受控的材料烧蚀，以创建具有空间分辨的三维结构的图案化表面，并且作为替代性光刻湿法蚀刻工艺的替代品而变得越来越重要。随着扩展设置的增加，LDW技术也可以用于沉积横向分辨的微图案表面，从而可以从一般意义上进行激光辅助材料的“印刷”。
材料的附加直接写入沉积的基本设置是激光诱导的正向传输（LIFT），其中激光光子用作触发驱动力，以从中弹射少量材料朝向受体衬底的源膜。与经典的激光烧蚀微图案化设置相反，在传统的激光烧蚀微图案化设置中，从顶部表面去除了材料（图5.4.1a），对于LIFT应用，激光从源膜的反面进行交互，该源膜通常涂覆在非吸收性载体基材上。入射的激光束在光子被膜的背面吸收之前先通过透明载体传播。高于进入激光能量的特定阈值时，材料将从目标源射出并催化到接收表面，该接收表面放置成与供体膜非常接近或与供体膜接触。通过适当调整所施加的激光能量，可以在辐照的薄膜体积内产生向前推进的推力。吸收的激光光子引起薄膜材料的部分烧蚀，从而引起急剧触发的体积膨胀以及压力跳跃，从而将上面的固体材料推开。然而，能量转换过程以及LIFT过程中涉及的相变是复杂的，并受大量不同参数的影响。因此，激光与被转移材料之间的高动态相互作用不容易描述基本模型。
除了激光参数，例如发射波长，脉冲持续时间，脉冲形状，焦点尺寸和光通量外，转移材料系统的性质如厚度和成分，光学吸收率，导热系数，热扩散系数，粘度，相变行为起着重要作用。还必须考虑其他参数，例如转移装置的几何形状，包括施主基板和受主基板之间的距离，载体材料的特性及其表面形态。对于成功的LIFT应用，必须针对单个材料系统专门调整和优化此宽阔的参数空间，以实现平滑且受控的沉积，并具有高分辨率以及敏感材料的完整性和功能性。
如图1所示，材料的附加直接写入沉积的基本设置是激光诱导的正向传输（LIFT），其中激光光子用作触发驱动力，以从中弹射少量材料朝向受主衬底的源膜。与经典的激光烧蚀微图案设置相反，在传统的激光烧蚀微图案设置中，从顶部表面去除了材料（图5.4.1a），对于LIFT应用，激光从源膜的反面进行交互，该源膜通常涂覆在不吸收的载体基板上。
器件结构的制造需要以合理的速度在三维上形成复杂的高分辨率图案。目前，市场上可买到的计算机控制的平移台以及振镜扫描模块能够使基板或激光束精确而快速地运动，从而实现少量单个材料的定制直接写入沉积。在过去的几年中，基于LIFT的技术已作为复杂的光动力系统获得了基本的学术兴趣。文献中已经描述了各种各样的设备应用和演示者，涉及无机，有机和高分子材料，甚至生物系统。
由于LIFT工艺允许在一个转移步骤中直接从单独准备的供体基材上沉积复杂的多组分材料，而无需进一步的湿法显影工艺，因此该技术似乎优先适合于必须在其中布置敏感和功能性材料的微器件的制造。以可控的方式，而不会降低其所需的性能。
以下各节重点介绍了用于制造各种设备的LIFT工艺，从简单的金属薄膜图案到要求苛刻的生物应用（将活细胞和酶沉积在生物传感器中的应用）。与传统的基于溶剂的沉积技术（例如丝网印刷或喷墨印刷）相比，LIFT直写过程的多功能性允许转移多种材料，并开辟了新的可能性。
对于微结构化表面的制造，高分辨率光刻技术得到了广泛发展和良好应用的方法[3]，但是这种构图方法需要一系列的化学处理步骤，通常是基于湿法显影由投影掩模照射的光致抗蚀剂层。但是，处理条件要求化学药品和溶剂并不总是与敏感材料兼容。因此，用于将图案化材料沉积在表面上的其他替代性非光刻技术已被用于制造装置，其中大多数是基于接触或喷射印刷程序的。
微接触印刷（μCP），也称为软光刻，使用弹性有机硅聚合物的sareliefpatternona预构造印模通过保形直接接触转移软材料的构图结构[4]。必须将要转移的材料配制成适当的油墨，然后在通过冲压形成接收器表面上的微图案之前先将印章浸入其中[5]。这允许对与光刻胶工艺不兼容的各种材料（例如生物材料和聚合物前体）进行精确的重复性图案转印. μCP工艺的其他好处是相对较低的制造和材料成本，通过自动化实现的高产量和准确性，以及即使在曲面上也可以沉积图案的可能性。然而，μCP是一种湿式沉积技术，因为要冲压的材料需要溶解或分散在合适的流变系统中[6]。
丝网印刷（丝网印刷）是一种生产图形艺术品的成熟方法，可以通过模板湿法直接采用进一步的湿法工艺沉积材料图案。在框架上伸展的细编织网支撑着一层预先设计的模版（丝网），模版上的开口决定了1：1图像，该图像将通过高粘度墨水或任何其他糊状介质的通过而被印刻油墨可渗透层的开口区域在基材上。油墨浆料一步沉积和构图，但是图像分辨率相当有限，单个特征尺寸在亚毫米范围内（低至约100μm）。由于可以用类似糊状的材料制备厚层，丝网印刷已在工业规模的电气和电子设备制造中得到了应用[7]。它用于印刷半导体材料和金属浆料，例如，用于基于晶片的太阳能光伏（PV）电池上的导线，用于电路板以及其他具有较高层厚度但不具有高分辨率的印刷电子设备，重要的是[8]。但是，通过使用一系列电子功能的电子或光学墨水来创建有源或无源器件，可以丝网印刷有机半导体器件的介电或钝化层，甚至是完整的有机场效应晶体管（OFET）。但是，该过程不是十分灵活，因为要精确地构造加工遮罩以单独制造。
与丝网印刷技术相比，通过喷墨印刷可以实现稍高的分辨率，在喷墨印刷中，粘性较小的功能性油墨的小液滴被弹射到接收器表面。喷墨打印可实现非接触式材料传输，是一种数字数据驱动的直接写入沉积方法，可以用相对较低的工作量（无需使用掩模或屏幕）进行设置，并且也可以在实验室规模上进行。喷墨技术可以应用于在其基板上沉积材料，但是要喷射的材料必须与所用的打印头兼容并且必须在适当的范围内适当地配制，其密度必须达到10。图像图案是由打印机头的计算机寻址的二维平移与通过喷嘴孔喷出的液滴的触发共同产生的。液滴沉积非常适合于低粘度，可溶的材料（例如有机半导体），但对于高粘度的材料（例如有机电介质）和分散的颗粒（例如无机金属油墨），则由于喷嘴的堵塞而反复出现困难。由于各层的逐滴沉积，它们的均匀性受到限制，并且分辨率（约50μm）取决于可以沉积的最小液滴体积。吞吐量取决于可用的液滴分配速率，通常不超过25kHz。同时使用许多喷嘴以及对基板进行预加工可以分别提高生产率和分辨率。喷墨打印优选用于制造有机发光二极管（OLED）中的有机半导体[11]，但是也已经使用此方法完全制备了OFET [12-14]。此外，可以通过喷墨印刷制备核酸和蛋白质的生物微阵列以及其他感测和检测器装置。
聚合物前体的逐层沉积可以通过数字CAD文件确定快速的3D原型。可以通过连续沉积材料层来创建每个横截面形状的三维物体和独立结构，例如，通过在UV光下沉积后立即固化的液态光敏聚合物进行喷涂。另外一种方法是，从喷头上共沉积固化性粘合剂选择性地喷涂另一种粉状粉尘（石膏，玉米淀粉或树脂）。常见问题是，所有提及的微印刷方法都需要粘性油墨或流变悬浮系统，因此可以分为湿法或基于溶剂的沉积程序。如果不进行更复杂的退火或什至通过化学后沉积改性的固化工艺，则至少需要一个干燥步骤以去除溶剂，以将印刷结构固定在接收器表面的顶部。与传统的基于墨水染料的图形艺术图像打印技术相比，需要自由沉积材料的通用沉积技术[15,16]和多层设备需要解决许多材料问题。如果要印刷有机晶体管架构，将需要更高的分辨率。另外，必须能够印刷无气泡和无针孔的层，以避免设备短路。此外，在致密的而不是多孔的基材上进行印刷需要油墨与基材进行结构性相互作用以实现最佳附着力。对于堆叠式设备架构，必须印刷多层，以使它们形成具有明确定义的界面的离散的未混合层。由于多层堆叠是器件制造中最优选的设计，因此需要不同材料的溶解度之间严格的正交性，或者要求先前溶液沉积层的后续选择性交联。该溶剂问题是为什么实际应用中应用所谓的直接写入转移方法（将固体层从载体转移到基材上）的主要原因之一。
已经开发出基于激光的方法来制备工具膜，例如脉冲激光沉积（PLD）[17-22]和基质辅助脉冲激光蒸发（MAPLE）[18、23]，用于生长无机和有机材料的薄膜。两种方法均基于真空条件下靶材的激光烧蚀。在激光相互作用下，无机材料蒸发形成等离子体，该等离子体通过气相将组分传输到发生再沉积过程的接收器基板。即使当这种基于激光的沉积方法能够控制均匀薄膜的生长时，它们也具有只能形成没有横向分辨率的完整层的缺点。此外，这些气相沉积过程的局限性在于它们仅适用于具有固有高分子量的聚合物，并且只有少数聚合物已通过PLD在紫外激光的作用下成功沉积[24-26]。这并不令人感到意外，因为紫外线光子会引发反应，因此，如果直接暴露于紫外线激光照射下，此类化合物往往会降解或分解。只有解聚的聚合物，即通过确定的光化学裂解机制在紫外激光辐照下形成单体的聚合物才可以用于此方法[27]。然后，沉积的单体在基材上反应形成新的聚合物膜[28]。
因此，与起始材料相比，沉积的聚合物膜很可能具有不同的分子量和重量分布，并且还可能包含分解产物。尝试通过PLD从固体压制的靶标上沉积生物聚合物溶菌酶的膜，发现该靶标在直接多脉冲激光曝光期间会碎裂并破碎成小块[29]。一种通过PLD沉积聚合物薄膜的可能方法是应用中红外（IR）辐射，此辐射已调谐至某些吸收带软聚合物（共振红外脉冲激光沉积，RIR-PLD）[30-32]。
MAPLE [18，23]是一种更温和的PLD修改方法，原则上使用与PLD相同的设置，主要区别在于目标物由聚合物的冷冻溶液组成。然后，当聚合物链被推进并沉积在基板上时，激光被用来蒸发被真空泵去除的溶剂。但是，该方法仅适用于可以溶解或分散在适当溶剂中的聚合物，并且当激光被溶剂基质优先吸收时，它也应该是最有效的方法。尽管存在薄膜均匀性和被困溶剂的问题，但仍可能形成高质量的薄膜。
结合共振红外激光气相沉积（RIR-LVD）和MAPLE方法研究了导电聚合物PEDOT：PSS（聚（3,4-乙撑二氧噻吩）-聚苯乙烯磺酸盐）的薄膜沉积。将PEDOT：PSS冷冻在各种基质溶液中，并使用可调谐的中红外自由电子激光进行沉积。当将适当吸收的溶剂（例如，异丙醇和N-甲基吡咯烷酮）添加到水性基质中，并且适当调节激光波长以选择性地激发特定的基质，沉积的薄膜光滑和导电性[33]。在器件制造的背景下，热蒸发过程也起着重要的作用。通过使用适当的荫罩，金属以及足够挥发性和热稳定的有机化合物可以从气相中以薄层二维图案的形式沉积在高真空室内。然而，这种通过掩模的气相沉积技术具有以下缺点：通常大部分蒸发的材料会在荫罩区域本身上再冷凝，并且只有很小的一部分通过使模板孔通过接收器表面而沉积。因此，很大一部分蒸发的材料是无用的，或者如果没有回收甚至会损失。此外，掩模中的小开口（例如，制造用于显示屏的小像素的阵列所需要的）倾向于被蒸发的材料过度生长，因此必须经常清洁。由于形状畸变及其较弱的机械稳定性，使用这种精细的掩模在较大的区域上印刷也很困难。另外，该方法实质上限于低挥发性化合物，例如离子化合物，陶瓷和聚合物。
对于设备微细加工，必须以较高的局部精度集成许多不同的材料类别。为了避免上述有关基于溶剂和蒸汽的材料微沉积的概述问题，基于LIFT工艺的新方法可以实现无溶剂（或“干”）固态薄膜的直接写沉积，已经开发出用于制造具有敏感功能材料的器件所必需的器件。由于基于LIFT的直接写入技术相对于可以微沉积的材料具有多种用途，因此开发了此类方法并将其应用于各种与设备相关的不同制造步骤。
例如，通过LIFT的微米级金属图案的沉积不仅允许直接写入像素掩模，而且还允许为可同时用作金属阴极或阳极的电子电路施加导电路径。无机化合物主要用于基于LIFT的电化学微电池的制造，这些电池被设计为小型能量存储和功率传输设备，例如微型电池，微型超级电容器，甚至是用于遥感器的PV发电系统[2]。进一步由LIFT制造的微型设备包括片上电子电路，其中半导体组件，电阻器，电容器和薄膜晶体管（TFT）与用于电触点的金属油墨一起转移。 LIFT应用的一个有前途的扩展是有机光电器件的制造，例如基于电致发光材料的彩色屏幕显示器，或制造诸如TFT等组件的半导体有机和高分子材料构成的``塑料电子''器件。最后，LIFT的应用领域已经建立。化学传感器和生物传感器的制造，其中必须精确地沉积生物材料（例如核酸，蛋白质，酶，细胞和微生物）以检测微设备系统。预期的进一步应用包括使用热电和压电材料进行能量收集以及具有附加功能的射频识别（RFID）标签系统。以下各节提供了LIFT技术示例的汇编，该技术用于各种材料系统的微沉积以及有关微器件制造应用的潜力。
一、LIFT Techniques for Direct-Write Applications
1.1 传统的基本设置
基本的供体系统通常由单个原材料层组成，通常是熔融石英载体，其上涂覆聚合物膜，单个激光脉冲辐射后通过移动供体-载体来生成图案
为了最佳的激光与材料的相互作用，原材料层必须在激光发射波长处具有高吸收系数，并且必须耐热，并且对相变和热机械应力不敏感
如图所示，基本LIFT设置的供体系统通常由单个源材料层组成，该层已作为薄平面膜分别预涂在激光透明载体衬底的顶部，通常是熔融石英载体或聚合物膜，具体取决于激光波长。与投影掩模形状的激光的束斑尺寸相对应的一小部分转移材料直接暴露在即将来临的激光辐射下，大部分是单个脉冲。可以通过扫描和调制激光或在计算机控制的平移台上移动供体-受体堆栈来生成图案。为了获得最佳的激光-材料相互作用，源材料层必须在激光发射波长下具有高吸收系数，并且必须耐热，并且对相变和热机械应力不敏感。
据文献记载，早在1970年代就已经有文献报道了LIFT原理的首次演示[34]，该记录用于激光书写图像记录，使用普通的聚乙烯背衬打字机色带作为供体，纸或聚酯（PET）箔作为接受衬底（图5.4.2A）[ 35]。与传统的打字机或点矩阵打印机相比，激光触发的扫描材料转移记录技术具有固有的非接触式，非碰撞式打印系统，具有即时可见性，并且不需要任何处理化学品。
使用1064nm Nd：YAG激光记录了宽度小于30μm到大于130μm的图形线图案，具体取决于焦点尺寸和施主与受主基板之间的气隙，并且能量密度在1-3 J cm-2。实验进一步扩展到PET箔支持的染料和油墨材料，证明激光辅助材料转移记录不限于黑碳带系统。针对激光强度和间隔间隙距离对沉积图案质量的影响，进行了系统的研究。当供体色带与接受纸直接接触时，使用光滑的轮廓软印刷图案可以找到最佳分辨率。用于材料转移过程的机械模型涉及分散在半透明粘合剂基质中的不透明染料薄膜中的光热转换（LTHC）。根据吸收粒子的浓度，入射的IR激光辐射传播到涂层体积中，在一定的穿透深度内被吸收。吸收的激光能量会导致靠近支撑界面的辐照薄膜超快速强加热，这会通过相变以及冲击波和热应力波立即引起蒸汽产生。蒸气排放导致随之而来的压力累积，并引起体积膨胀和热应变。
如果不透明层的厚度大于光学穿透深度，则汽化建立的压力将首先爆炸材料层中的小空腔。最后，它破坏了表面，并传递了将光斑量推向接收器表面的动量。在这一点上，在不透明的染料涂层中形成了一个孔，而喷射的材料则沿着取决于压力梯度和膨胀气体动量的轨迹加速。激光烧蚀本身总是伴随着被照明材料表面上一个点区域的强烈，近乎瞬时的热膨胀而产生的冲击波。气隙约为100μm时，沉积的结构显示出较不锋利的轮廓，并伴有一些随机分布的颗粒碎屑，这是由于当分离的涂层壳点（供弹射器“ fl yer”）时供体膜表面的机械破裂过程所致。
如后面的部分所述，在气隙中，接收器表面的冲击波的传播和均匀反射也可能会干扰所喷射的物质，因此，请参见图5.4.1中的组件（f）。通过反向转移设置执行控制实验（图5.4.2B）[35]，以通过消融转移测试两种材料沉积之间的差异。对于向前的弹射器（图5.4.2A）和给定的涂层厚度，可转移材料要么在某个阈值激光强度以上被完全去除，要么根本不去除。该观察结果反映了这样的事实，即热消融过程以及正向弹射所必需的蒸汽气泡的形成始于载体与涂层的界面（即薄膜的“背面”）。如果形成的压力足够高，则涂层的上层外壳会破裂，并会完全破裂成层。
但是，在反向传输设置（图5.4.2B）中，其沿经典激光烧蚀的作用更大，取决于所施加的激光强度，可以逐渐从顶表面逐渐除去少量材料。 如果没有去除所有材料，则观察到可转移涂层中的烧蚀结构
1.2 用于打印应用程序的增强供体系统
在1971年申请的美国专利[36]中，披露了供墨系统在打印装置中的轻度延伸，以期类似于上述方法进行应用。分散在由硝酸纤维素组成的自氧化粘合剂中的黑色颗粒。入射的红外激光加热吸收能量的颗粒，并引发高能粘合剂基质的吹散或爆炸。这导致涂层的去除，在支撑基板上留下与正像相对应的透明区域。如果将接收器基板安装为与供体膜接触的背衬，则沉积的材料会形成图像记录。焦点所需的激光功率仅足以加热自氧化硝化纤维素粘合剂以引发燃烧。吹气提供了将炭黑颗粒运送到接收板的推力。即使给出了关于分辨率和图案精度的节点尾，该示例也证明，从原理上讲，激光激发的高能材料分解可以有利于材料转移。
1976年在制备平版印刷版的另一项专利中公开了对激光驱动转印方法的进一步改进[37]。供体基体涂料的配方除上述炭黑颗粒和自氧化硝化纤维素粘合剂外，还包含可交联的预聚物树脂和热触发的交联剂。放气后由点火器引发的点燃导致预聚物树脂涂层与交联剂一起转移，交联反应是由激光照射过程中产生的热量和粘合剂的放热分解引发的。由于发生了交联反应，沉积的聚合物特征在热固化后固定在接收板上，可以直接用于复印打印过程，而供体膜则在相反的位置进行图像记录。该示例说明，通过使用适当的材料系统，原则上，侧向结构化的功能性单元（例如，用于印刷的材料可以通过直接通过手工制造的技术通过印刷板制造） 。
1.3 金属图案的提升
最初由Bohandy等人研究了通过LIFT工艺从涂覆在熔融石英载体上的薄金属供体薄膜中转移小金属特征的方法。 并于1986年发表在论文上，题为“使用准分子激光器从支持的金属膜上沉积金属”。与以前的图形打印应用研究相反，在该应用中，氩离子和Nd：YAG激光器的发射线位于分别使用可见光和IR范围，用紫外线准分子激光的单个脉冲（ArF，193nm的发射波长，15ns的脉冲长度）照射金属膜，并将50和15μm宽的铜和银线转移到高真空腔室，由熔融的二氧化硅载体预先涂有厚度约为400nm的金属供体薄膜到硅接收器基板上。实验设备对应于图5.4.1中概述的常规LIFT装置，该装置最初放置在真空室中。供体-受体的距离在几微米的范围内，观察到金属图案的沉积超过阈值脉冲能量约60 mJ。随着脉冲能量的增加，传输线的宽度变得更宽，并且能量增加了约140 mJ，金属“飞溅物”和周围的熔融碎屑沉积都被观察到远离线的边缘。如上所述，还已经执行了类似的控制实验，根据图5.4.2B中的垂直脉冲激光沉积（VPLD），通过位于膜前面的透明接收器基板辐照了金属膜。发现通过反向散射烧蚀实验产生的金属沉积物与向前转移的沉积物相比要差得多。
这项研究是关于LIFT技术的转移机制和应用的系统研究的开始，LIFT技术用于将电子线路的互连线直接打印到印刷电路中。 LIFT直接写入过程的好处之一是，写入的金属沉积物的大小与激光焦斑的大小和形状非常接近。激光诱导的金属特征正向推进的力学模型涉及激光对金属膜的加热，熔化和汽化。 LIFT机制是由在载体-金属界面处入射激光光子的吸收触发的。根据金属层的表面特性和光学常数（例如反射率Randa吸收系数α），一部分入射激光脉冲将被反射甚至散射，而吸收的激光能量会引起照射区域的超快加热。由于金属的高吸收系数α，典型的紫外光子在金属层中的穿透深度通常低于20nm，也就是说，脉冲能量沉积在金属膜的非常薄的空间中，在此膜中它转化为热量和铅。熔化和局部蒸发。取决于脉冲长度以及金属层和下层基板的各个热参数，例如热导率，比热和密度，薄膜内会发生快速传播的相变。
高于某个能量阈值时，残留在源膜及其载体支撑之间的金属蒸气的压力足够使膜破裂，并伴随着蒸气驱动的推进和剩余膜壳的剥离[39]。由于这些原因，每种金属都表现出各自的LTHC特性，这取决于其固有的材料特性与激光的特定相互作用及其参数（例如发射波长，光通量，脉冲持续时间和形状）的组合。由于金属的高热导率，热扩散对烧蚀行为具有强烈的影响，因为与具有较低导热率的材料（例如，载体衬底）相比，局部加热梯度相对较小。光学穿透深度。对于皮秒级（尤其是飞秒脉冲激光）而言，热扩散变得无关紧要，并且相同的入射激光能量与超短脉冲一起停留在被辐照的焦点上的位置明显更大（即“更集中”）。
因此，脉冲长度和射束均匀性在热消融过程中也起着至关重要的作用，因为所有这些参数的组合对形貌和清洁线的软性导致了特征和沉积至关重要，最终确定了成功进行LIFT沉积的处理窗口。用金属的LIFT沉积可以观察到的另一个问题涉及接收器表面的润湿性，这是由于熔融金属的表面张力，通常显示模糊和飞溅的液滴结构。在第5.2章中，Sakata和Wakaki提出了关于各种金属的一般LIFT研究的汇编。
在器件制造的背景下，通过LDW方法进行的金属沉积可通过“激光放置”在电子电路中建立导电连接和触点，这是有用的。此外，可以设想修复烧毁或中断的互连线。但是，如上所述，通过LIFT沉积的金属图案的图案质量和均匀性通常不能令人满意，这是由于转移的金属特征的明显飞溅和散裂行为，这些特征通常会由于沿粗糙的微观特征边界的小液滴的沉淀而明显被模糊。最近，有报道称，在248nm准分子激光的亚皮秒脉冲下，在100μm的传输间隙上进行LIFT沉积锌，当在中等真空度下进行传输时，发现所获得的结构更加清晰，模糊程度更低[ 40]。显然，超短脉冲UV LIFT提供了高度前向的材料羽流，在真空中只有很小的角度发散，因此只有少量的金属沉积在沉积材料的主轨道之外。然而，扫描电子显微镜（SEM）图像在较高的放大倍数下显示出线结构由许多单个的亚微米级液滴碎片和特征组成，这表明金属膜并未作为完整单元转移。
在IBM实验室，高纯度金属膜的激光诱导化学气相沉积（LCVD）已被应用到各种各样的微电子学和设备应用中。沉积导电材料的能力已使特定应用可用于激光诱导的“开路”电路缺陷修复，激光诱导的互连沉积以进行电路定制以及高分辨率的光刻投影掩模的激光修复。这种掩模由通常涂覆在熔融二氧化硅载体上的精确图案化的薄金属层组成。为了修复金属掩模层中的透明和不透明缺陷，需要添加材料。除了聚焦离子束（FIB）金属沉积工艺外，还使用了激光诱导的沉积染色法[42]。
通过局部定义的紫外线激光诱导的挥发性钨，金，钼和铬配位络合物作为金属前体的分解，可控制质量的薄金属膜沉积在缺陷部位上。沉积物的光传输和相移特性可以与相移掩膜中常用的薄膜很好地匹配。但是LCVD薄膜直接写入技术受到缓慢的沉积速率，狭窄的材料选择以及工艺复杂性（包括需要在真空中进行操作）的限制。为了进一步修复图案缺陷和微结构修整，已使用飞秒激光烧蚀和FIB轰击技术进行了局部分辨的材料去除。最近通过LIFT创建导线的研究是使用通过显微镜物镜聚焦的800nm激光的110 fs脉冲进行的[43]。从金属层厚度在40至80nm之间的金供体膜中，在接触电极之间写入宽度为15–30μm的导线。使用相同的沉积物来演示用较小的Au金属垫修复损坏的Pt微型流体加热器元件。
沉积的金属的另一面是纳米颗粒，随后需要15–40个覆盖，以覆盖必要的创建线，峰值线高为0.6–3μm，对于1mm长的线，其电阻在100到400之间。这是相当高的值，因为沉积的金属的多孔性极大地增加了线的电阻率。通过将许多微滴融合在一起的温和电加热，可以将电导率提高2倍，从而减少电导瓶颈。因此，可以生产出电导率在10-6 m范围内的线，大约是散装金的电导率值的100倍。在较早的研究中，在25μm的间隙上用1.6微米厚的金供体通过准分子激光的纳秒脉冲转移的导电金线的LIFT沉积在25微米的间隙上产生了40微米宽的线，经过100次激光脉冲后，高度约为10微米逐步覆盖[44]。从金属络合物前体经LCVD沉积的金形成的均匀金线的电阻率约为整体金的10倍，而通过LIFT沉积的金可获得更高的电阻率。
由于已知亚皮秒范围内的超快激光脉冲具有精确的击穿阈值，并且在金属中的热扩散极小，因此可以防止不可控制的熔化过程，因此它们在精密微加工和微沉积应用中具有优势[45]。飞秒激光的更高质量具有更好的分辨率和更清楚地定义了LIFT沉积物的形态，以二进制振幅计算机生成的全息掩模的形式展示了衍射光学薄膜器件的形成[46，47]。借助改进的248nm飞秒准分子激光系统，复杂的像素化图案从400nm厚的铬供体层逐像素转移，并具有约3μm×3μm的单个方形Cr沉积特征的高横向分辨率。这还表明，通过在多层Cr上形成一层以上的金属，可以通过在多层的A层上写入多层金属，从而形成多层的A层。作为实验的扩展，已经研究了时间形状的飞秒激光脉冲，用于控制金，锌和铬的LIFT沉积的微米级金属结构的尺寸和形态，作为双脉冲的脉冲分离时间的函数[48]。根据金属中的电子-声子耦合，定制的脉冲整形会对超快早期激发过程产生影响，并且这会对喷射和沉积过程的动力学产生影响。通过将激光干涉图案投影到镀金的施主上，可以实现金条纹图案的提升[49]。入射光束的固有能量分布已被投影为接收器基板上的精细结构金线图案。这种基于干扰的LIFT允许沉积良好分辨的结构，而无需相应的掩模。
通过使用适当的投影掩模，一个激光脉冲可以沉积一个以上像素的阵列。每个脉冲同时沉积一个以上的单个小像素可以更快地重复打印重复图案化的结构化和点阵，这对设备系列制造很有用。使用目标金膜同时蒸镀到由自组装透明支撑体形成的微球的规则二维（2D）晶格上证明了金多点阵列的同时沉积[50]。涂有Au的SiO2微球直径为6μm，并进行了辐照穿过石英载体的纳秒KrF准分子激光的散焦单脉冲。每个微球代表一个小的微透镜，将激光束聚焦到金属膜局部烧蚀的顶部半径上的一个小点上。微球的大小和折射率决定聚焦的程度，从而确定特定球的花框上被照亮的金膜的面积。已成功将平均直径约为2.5μm的六边形Au点阵列成功转移到接收器基板上。使用聚苯乙烯微珠作为聚焦元件的类似设置来沉积亚微米金属特征阵列[51]。
在800 nm处发射的第二毫微秒激光沉积到可沉积的，点状的，点状的，点状的，具有点状的微沉积的点状，点状，微细的点状，点状，点状，点状，点状的微沉积。通过这种微珠辅助并行LIFT方法实现的。但是，投影掩模的尺寸已与激光束直径保持一致，并且光束的能量分布也已达到贝他肯。因此，由于稀有气体受激准分子激光器的光束轮廓更加均匀，因此与具有高斯形能量轮廓的激光器相比具有一些优势。最近，这是通过LIFT与网格图案投影掩模[52]制作的半导体β-FeSi2的微米和亚微米点阵列来证明的。
在低至1 mm x 1 mm的紫外激光兼容投影系统中缩小针孔光掩模的放大倍数，可以同时对高度规则的点阵图形进行微沉积，同时进行高位控制，尺寸特征尺寸减小至1μm以下。再次，要确定的图形质量取决于所应用的激光波长（在248nm的准分子下应采用适当的波长，对于248nm的准分子，应采用适当的加工波长）。在正好在最小阈值液滴沉积在接收器上的转移阈值光通量以上的光通量范围内，在供体层中未发现相应的孔或孔；在层表面上仅观察到凹凸样的弯曲拱形。作为阐明所涉及的LIFT机制的有趣贡献，作者研究了辐照后源膜与透明支持物之间的背面界面形态。在照射部位发现了使用过的供体膜部分，该部分已从支撑架上剥落，并形成了带有投影激光束形状的规则凹面。
这些中空间隙的形成可归因于在激光引起的局部过热期间发生液化和气泡形成的快速相变过程。仅一小滴液滴从熔融表面喷出，而剩余的液体层立即再次冻结并截留形成的蒸汽泡。在铝的LIFT工艺中使用IR激光进行的传输动力学研究中，发现了类似的现象，即激光束的“冻结”残留结构接近于烧蚀阈值[53]。为了提高导电金属沉积物的图案质量，并避免在LIFT工艺过程中形成飞溅和液滴状碎屑，我们在400nm厚的金属供体膜的顶部测试了另外1μm厚的聚合物涂层的作用[ 54]。
不幸的是，没有公开有关这项研究中使用的聚合物类型以及使用哪种激光的信息。仅提到了高达80kHz的脉冲重复频率，并且在大约8J cm-2的频率范围内，扫描速度的影响（显然在每秒几十微米的范围内）。在这些条件下，在激光诱导的喷射过程中，上面的聚合物涂层会发生什么情况，目前尚无明确的描述。然而，沉积图案的边缘质量似乎得到了增强。可以想象，聚合物顶涂层对金属的蒸发动力学有影响，并且由于正向喷射过程中液滴的形成而改变。同样，可以想象到聚合物层对弹出的金属特征有一定的“贴合效果”。显然，该聚合物随后发生热分解，因为据称通过能量色散X射线光谱（EDX）分析无法在沉积的金属图案中检测到碳成分。通过多层逐层覆盖，对由Cr，Cu和Al制成的导电测试微电极（高至5μm）进行了LIFT沉积。
微观结构由小的紧密堆积的金属颗粒组成，其比电阻约为大块金属的100倍，但与不沉积辅助聚合物顶涂层的金属电极相比，电阻也小2倍。接收器基板顶部的2μm厚聚合物涂层用于研究导电金属互连进入电子器件钝化层的LIFT沉积[55]。具有镀银（300nm）供体衬底和Nd：YAG激光（λ= 1064 nm，7ns）的常规LIFT设置用于以1 J cm-2的注入量将Ag团簇弹入聚合物接收层。通常需要三到五个激光脉冲才能使嵌入的银粒子相互连接，从而在聚乙烯醇聚合物（PVA）涂层中形成导电结构。该过程被称为激光诱导植入。但是，与第5.4.3.2节中讨论的激光分子植入（LMI）相比，该技术存在一些差异。加速的金属喷射穿透聚合物层表面并被嵌入。进一步的激光脉冲将嵌入LIFT的金属团簇更深地推入接收器矩阵。通过LIFT植入的Aginterconnects已成功接触了PVA封装的TFT和聚合物发光二极管（LED）器件。即使LIFT接触的器件的性能有所降低，这种方法也可能具有将电互连嵌入到已经封装的有机电子器件中的潜力。塑料基材加工。作为无机非金属材料，最近研究了硅纳米粒子的LIFT沉积，并考虑了在器件制造中的潜在应用[56]。所报告的沉积过程各包括两个步骤，其中使用了Nd：YAG激光（1064nm，脉冲宽度为5-7ns）：为了制备施主衬底，采用VPLD将天然硅晶格沉积的纳米尺寸颗粒沉积在玻璃衬底上，作为目标材料，高功率根据图5.4.2B的激光输出。根据工艺气体的气氛，观察到沉积的硅结构的强烈形态变化。在氩气气氛中，会形成相互凝聚的硅纳米颗粒的多孔膜，而在环境空气中进行的相同操作会导致膜由非晶硅氧化物沉积物相互连接的晶体硅超支化纳米线网络组成。两种类型的预制供体衬底都用于后续的LIFT工艺中，以沉积基于Si的图案，并研究了它们的形态变化。为了检测材料功能性，进行了荧光显微镜成像，以检测Si纳米晶中心的发光。通过对光致发光（PL）光谱的分析，得出了沉积的Si纳米颗粒的核-壳结构，其中激子被捕获在Si / SiO2界面的约束中。
金属纳米粒子油墨的提升导电金属互连线的LDW对于量身定制的电子微器件和印刷电子产品非常重要。在过去的几年中，金属纳米颗粒的喷墨技术得到了实质性的发展，包括用于通过固化和退火固定和功能化喷墨结构的精密热后处理步骤。但是，对于具有形成良好导电线必不可少的高含量纳米粒子的油墨，由于其易阻塞和污染，这种油墨固有的高粘度使其更难以通过小喷嘴喷入喷墨打印机。 57]。在这里，粘性糊剂的LIFT可以提供有希望的技术改进。不透明的油墨具有很高的吸收系数，并且金属纳米粒子与激光之间具有有效的相互作用，因此只有一部分供墨层会被汽化以弹射剩余的涂层。尽管糊剂的粘合剂基体仅用作辅助化合物，但无论如何都需要通过单独的固化步骤对其进行修饰或去除，但是通过LIFT工艺进行的化学改变可能并不那么重要。根据油墨的成分，粘合剂基体可以或多或少地具有挥发性，并适合于糊剂的适当粘度，从而使喷射特征的流体动力学可以适当地适应于适当的喷射和沉积行为。此外，调整糊剂的流变学性质可以使沉积的单个液滴的特征可以连续流动，并形成连续的导线图案结构。
使用市售的基于Ag / Pt纳米粒子的油墨（杜邦公司生产的QS 300），通过脉冲IR激光对导线进行LIFT印刷。该油墨已开发用于工业微电子丝网印刷应用，可生产低至75μm的细线。接触面罩。这种丝网印刷油墨的流变性是专门设计为随施加在油墨上的剪切力而变化的。在没有剪切力的情况下，油墨非常粘（触变性），因此一旦沉积后的图案就可以抵抗变形。为了制备供体基材，将墨水与α-萜品醇作为一种挥发性较低的溶剂混合，得到改性的基质，该基质可用于无机粉末的基质辅助脉冲激光蒸发直接写入（MAPLE-DW）研究和355nm紫外线激光器[60]。在掺钕钇钇氟化锂（Nd：YLF）激光器的脉冲辐射下，在1047nm的发射波长下观察到了复杂的流体动力学行为，这取决于膜的表面张力，包括气泡突起，喷射和羽流状态。只有在气泡突出状态下才能实现足够的转移，因为在更高能的状态下观察到了喷射的相当大的不稳定性，并且喷出的墨水在与接收器基材接触时会溅出。如果没有其他溶剂，则油墨对于通过旋涂或线涂进行的薄膜制造来说太粘。因此，供体膜较厚，不再形成喷射流。然而，可以沉积约20μm的线状特征，这表明高温固化后的电导率约为传统丝网印刷指定值的75％。通过使用设计的显着提高粘度的银纳米颗粒（Ag NP）墨水，可以进一步提高转印图案的质量[61，62]。在LIFT工艺中，由于墨水不需要通过小的喷嘴通道就可以喷射到接收器上，因此可以采用粘度更高，纳米颗粒含量更高的墨水糊，类似于丝网印刷所使用的墨水糊。粘性约为100000 cP的小胶体纳米粒子糊状物（尺寸3-7nm）用于打印像素图案和线结构，Nd：YVO4激光在355nm处的三次谐波发射在8-40 mJ cm-2的光通量下。施主层涂有一层100-300nm厚的油墨悬浮液，转移间隙调节在10至50μm之间。不幸的是，没有公开有关该银纳米颗粒糊的粘合剂基体组成的信息，因此无法得出有关激光-墨水相互作用和导致良好定义的像素沉积的能量转换的结论。可以假定UV激光激发了Ag纳米粒子的量子尺寸效应依赖性吸收，从而引发了LTHC，该LTHC通过热固性粘合剂基体的分解而引起了传递的推力。通过原位激光处理（用532nm连续波（CW）激光扫描）或在对流烘箱中于200°C进行30分钟的热后沉积固化。由于沉积的像素显示出清晰的边缘，没有碎屑，并且形状均匀，与施主基板上剩余的烧蚀斑点相对应，因此该方法被称为激光贴花转印（源自“ decal”，它是塑料布） ，纸张或在其上印刷了图案的陶瓷基板，通常可以借助加热或水将图案移动到另一表面。通过连续沉积彼此靠近的单个像素或通过堆叠两层以弥合像素之间的间隙来构建导线结构。发现这种结构在热固化后的电阻率大约是块状银的电阻率的两倍。即使采用这种方法，最近甚至可以在微通道上沉积25μm长，5μm宽的桥接银结构[63]。
1.4 LIFT of Organic Materials
由于在基本的LIFT过程中，整个转印材料本身都直接暴露于激光辐射中，因此要沉积的材料的转印条件相对于热负荷和光化学影响而言相当苛刻，这可能会导致结构变化。如图所示，对于金属，即使施加超短激光脉冲长度，热诱导的相变也可能对被转印特征的质量和均匀性具有强烈的影响，并且往往有害。因此，大部分坚固耐用且耐热的化合物（例如无机氧化物，陶瓷和介电材料）用于转移研究。然而，可以在文献中找到成功地沉积有机材料的例子，但是最好通过使用超短激光脉冲来避免给体材料涂层内有害的热扩散。对于转移材料的整体属性很重要的应用，可以接受或多或少地对敏感材料的“薄”顶层进行分解，但这并不是所有应用程序（例如传感器）的情况，这些层的表面属性起决定作用。
小型有机分子的LIFT用532nm的Nd：YAG激光器的二次谐波发射研究了粉色激光染料若丹明610的LIFT沉积[65]。当在低流量和真空度超过15μm的情况下进行转移时，会在SiO2接收器表面发现相应的粉红色沉积物，并伴有黑色碎屑颗粒。为了检查转移分子的化学完整性，执行了荧光测量。已经发现，对于在空气中进行的转移，荧光强度仅相当弱，而在真空条件下，可以检测到中等强度。显然，在氧化气氛中的热冲击对染料的化学结构具有相当大的破坏性，但是在低压和无氧环境中转移似乎是可行的。与其他热沉积技术（例如化学气相沉积（CVD）和PLD）类似，可能由于减压而促进了染料分子的热升华，已知该技术适用于制造小有机分子的薄膜涂层[66–68]。但是，当使用改良的供体基底进行转移时，相同染料组分的LIFT后的荧光强度显着更高，其中染料被涂覆在另一层吸收入射激光的中间薄金金属膜之上脉冲。在5.4.3.3.3节中讨论了这种改进的金属膜辅助LIFT技术。可以通过沉积有机p型半导体铜酞菁（CuPc）的图案来制造用LIFT制成的有机TFT器件，这是化学上已知的，也是光化学上鲁棒的金属有机材料[69]。
CuPc的UV-vis吸收光谱显示在355nm附近有一个能带。脉冲Nd：YAG皮秒激光的相应发射波长的吸收深度约为85nm。 LIFT沉积是由熔融石英（Suprasil）上100nm厚的CuPc供体薄膜在100 mJ cm-2的光通量下完成的，从而产生了横向分辨良好的方形沉积物。还使用可商购的Ag NPs墨水对源电极和漏电极进行LIFT印刷。由LIFT以CuPc作为活性层制造的器件的电学特性和参数与通过常规蒸发CuPc和银电极制备的器件相距不远。
碳纳米管的LIFT与首次报道的黑色碳记录的LIFT沉积非常相似，碳纳米管（CNTs）以及进一步的碳修饰被转移为形成功能性的模式阵列，用作场发射阴极装置[70]。将直径20至40nm的20微米厚的碳纳米管预涂膜用作施主层，将其暴露于1064nm Nd：YAG激光器的10ns脉冲下。通过使用具有小孔网格图案的80μm筛型通孔接触掩模，将27×27点的阵列转移到涂有导电铟锡氧化物（ITO）的玻璃基板上。在单脉冲激光辐照期间，在约320 J cm-2的光通量下和周围环境中，供体，孔罩和接收器保持紧密接触。在剥离图案掩模之后，获得具有约10μm的单凸块特征的尺寸的CNT点阵列。将这种具有不同厚度沉积点的点阵列作为场发射阴极器件进行了测试，如果施加高达1100 V的直流电压，则可以证明其发光。显然，在传输过程中，CNT的激光相互作用并没有抑制场发射特性。最近，使用Nd：YAG纳秒激光器在266nm处的频率四倍频发射的单脉冲研究了分散在各种水溶性聚合物基质中的多壁碳纳米管（MWCNT）的LIFT [71]。通过将两种类型的MWCNT分散在聚（丙烯酸）或聚（乙烯基吡咯烷酮）中来制备聚合物复合材料。由于MWCNT具有固有的疏水性，因此使用化学官能化的MWCNT在其表面带有羧基来增强其在水性介质中的溶解度，并避免MWCNT在亲水性溶剂中的聚集和聚集行为。约1.5μm厚的聚合物/ MWCNT复合膜是通过旋涂法制备的，由于CNT的电子结构，其在250nm左右具有很强的紫外线吸收能力。只有具有功能化MWCNT且均匀分布在施主目标基质中的LIFT复合膜才能产生可重现的沉积物，而未修饰的MWCNT聚集在复合施主膜中会导致激光能量的局部吸收分布不均匀，从而导致不连续的LIFT沉积结果。沉积的MWCNT含量高达10％的复合像素显示出足够的电导率。借助功能性聚合物基质材料的多变性，基于激光的直接写入沉积的基于设计的复合材料的无金属微结构具有在有机电子和传感设备制造中的广阔潜力。聚合物膜的提升由于聚合物是具有固有高分子量的高分子化合物，因此即使在超高真空条件下，它们也通常不容易被热蒸发或升华而不会发生实质性分解。为了用激光光子进行光化学，光热或光物理消融，聚合物需要在重复单元中具有相应的吸收辐射的发色团部分。大多数常见的商业聚合物在IR和可见域仅具有弱吸收性。在UV范围内的吸收会诱导电子激发的分子态，这些分子态常常引起化学键的裂解，并因此导致聚合物光分解和降解为各种小片段。自从1982年关于UV激光烧蚀的第一份报道以来[72]，激光聚合物加工已成为各种微细加工应用的重要领域，主要用于烧蚀结构和针孔钻削。描述聚合物消融的主要参数是消融度（F），即通过确定的施加激光量F获得的一定的消融深度，以及消融阈值量Fth，其定义为可观察到消融开始的最小能量[73]。线性吸收系数αlin（λ）表示波长取决于波长的光谱吸收特性，该厚度取决于在低于消融阈值的光强度下确定的静态辐照条件。许多单脉冲消融过程可以通过以下方程式近似表示：
从1982年关于UV激光进行聚合物烧蚀的第一份报道以来描述聚合物消融的主要参数是消融度（F），即通过确定的施加激光量F获得的一定的消融深度，以及消融阈值量Fth，其定义为可观察到消融开始的最小能量,线性吸收系数αlin（λ）表示波长依赖于光谱的吸收特性，该厚度取决于在低于消融阈值的光强度下在静态辐射条件下确定的厚度
许多单脉冲消融过程可以用以下方程式近似表示
称为有效吸收系数的激光消融
将观察到的消融（F）与应用的激光光通量作为波长，材料和过程相关的折射率因子，并进一步固有地取决于脉冲长度。
改良的LIFT方法
5.4.3.1基质辅助脉冲激光直接蒸发（MAPLE-DW）
对于MAPLE-DW，转移材料嵌入激光可蒸发的基质系统中，例如冷冻溶剂或有机粘合剂，并且激光用于蒸发基质。供体基质由透明的载体组成，该载体上涂有可能是粉末或小颗粒或什至包括活细胞的生物材料悬浮液的颗粒状转移材料的悬浮液或分散液。MAPLE-DWisoutline的工作原理如图5.4.3所示。
然后将其蒸发以形成将嵌入的转印材料推进到与接收器之间的间隙所需的压力。薄的过热溶剂薄膜的液相-汽相转变行为和喷射已经通过时间分辨溶解酶技术进行了详细研究[78]。这种方法可以确定产生压力，可达到的过热度以及汽化过程的相关时间尺度[79]。然而，由于吸收选择性的问题，对于嵌入基质的转移材料的一定的紫外线负荷可能存在问题。取决于随机分散在基质中的颗粒系统的晶粒尺寸，用于沉积精确图案的高局部分辨率也可能受到限制。此外，与经典LIFT装置中的金属供体膜相比，MAPLE-DW供体膜的厚度通常为几微米，并且如果厚基质胶沉积的热疗的组件出现被转移体系污染的问题。则使用可光降解的聚合物基质材料，将聚甲基丙烯酸丁酯降解，当暴露于波长小于250nm的紫外线下时，其单体单元MAPLE-DW最初是作为一种快速原型化介观无源电子设备组件的方法而开发的，例如互连，电阻[80]和电容器[1、2、81-84]。但是，为了在沉积后获得颗粒材料的功能，通常需要进行后转移处理步骤来获得设备兼容性，例如激光烧结，键合热退火
193nm ArF准分子激光在200nm以下的短紫外范围内对大多数有机化合物都有强吸收作用，因此进行了一系列研究（92-93）
激光分子植入（LMI）激光转移分子化合物的另一种技术
激光消融转移（LAT）
激光烧蚀转移成像方案。 在装置（a）中，将红外吸收化合物与着色剂一起配制到相同的粘合剂基质中，形成单供体涂层。 红外消融敏化剂将整个薄膜中的近红外激光辐射转换成热量。 对于设置（b），在载体和成像涂层之间添加中间金属薄层
会部分吸收入射的NIR辐射。 由于其较高的吸收率，金属层可作为高效的薄膜热转换器，在靠近基材界面的较小空间内沉积热刺激，以分解上层的彩色涂层，从而在已经存在的情况下实现更明确的烧蚀转移行为 下阈值通量
近紫外线通常在几十纳米的薄皮层中被完全吸收（例如，对于308nm处的Al约为10nm，相当于约106cm-1的吸收系数）[107]，NIR在〜50nm的范围内具有更高的穿透深度
在CW Nd：YAG激光器中，通过在设计的真空室中对小的发光分子进行LIFT升华，金属吸收层也用于制造小型的电致发光器件[157]。施主由溅射到载体基底上的铬层组成，然后通过高真空沉积将其涂覆有机电致发光材料。该光学系统包括一个高度动态和高精度的振镜扫描仪，并允许在16cm×16cm的工作区域上实现约35μm的聚焦直径。当沿着施主衬底的背面扫描聚焦的激光束时，转移了少量的有机发射体材料，从而局部加热了吸收层。空间选择性快速激光加热并诱导有机分子在间隔物定义的间隙上从施主基板飞跃到接收基板上的升华。这种改良的LIFT技术已被称为激光诱导局部转移（LILT）
LAT，LITI，LILT，MAPLE-DW，AFA-LIFT，BLAST，LISE，