Beitrag zur Mikrostrukturierung von fotostrukturierbarem Glas mittels UV-Laserstrahlung

摘要

Wird ein fotosensibles Glas mit UV-Laserstrahlung belichtet, so können fotochemische Gefügemodifizierungen im Glas für einen geometrischen Mikrostrukturierungsprozess nach dem Fotoformverfahren genutzt werden. Für ein verbessertes Prozessverständnis erfolgt anhand einer direkt-schreibenden Belichtungsmethode die systematische Untersuchung des Einflusses von Belichtungsparametern auf Kenngrößen des Mikrostrukturierungsprozesses .Nach einer kurzen Einführung erfolgt die Darstellung der zum Verständnis notwendigen Grundlagen zum Fotoformverfahren, zur UV-Laser-Belichtung und zum verwendeten fotostrukturierbaren Glas. Der Hauptteil der Arbeit widmet sich der Analyse des Einflusses der Belichtungsparameter auf die 3 Prozessschritte des Fotoformverfahrens: UV-Laser-Belichtung (KrF- und XeCl-Excimerlaserstrahlung und (3w)Nd:YAG Festkörperlaserstrahlung), partielle Kristallisation durch Temperung und geometrische Mikrostrukturierung durch nasschemisches Ätzen. Der grundlegende Erkenntnisfortschritt besteht in der Beschreibung strahlungsinduzierter Gefügemodifizierungen auf optische Eigenschaften des Glases und den daraus folgenden Strukturveränderungen in partiell kristallisierten Bereichen getemperter Proben.UV-Laser-belichtete Proben wurden mittels UV-VIS-Spektroskopie, TEM-, HREM-, REM- und AFM-Analyse sowie optischer Lichtmikroskopie untersucht.Die wesentlichen Ergebnisse sind: infolge UV-Laser-Belichtung erfolgt die Bildung von angeregten Zuständen an Ce3+-Ionen, Farbzentren an polyvalenten Elementen (Zinn, Antimon) und Trennstellensauerstoffen sowie Ag-Nanopartikel im Glas. Aus der Belichtung resultierende Gefügemodifizierungen beeinflussen die Größe einzelner Kristalle und deren Vernetzung, die Kristallisationstiefe und die laterale Ausdehnung kristallisierter Bereiche. Das Ätzratenverhältnis wird maßgeblich vom Grad der Vernetzung der einzelnen Kristalle bestimmt.In einem abschließenden Kapitel wird der Einfluss von Belichtungsparametern auf die Glasmikrostrukturierung anhand strukturierter Gräben für die Belichtung mit XeCl-Excimerlaserstrahlung diskutiert. Die potentiellen Anwendungsfelder für das vorgestellte Verfahren liegen auf den Gebieten der Mikrosensorik, -aktuatorik, -mechanik, -optik, -fluidtechnik und nicht zuletzt der Mikroreaktionstechnik