同时高功率准分子激光器可以在高达600Hz的重复频率下运转，使得每秒处理几十平方厘米的表面加工速度成为可能。
准分子激光器具有可扩展至数百瓦的较高的单脉冲能量，这意味着可以处理更大的区域尺寸，同时每秒钟可提供数百个脉冲，这必将在制造业中引发规模效应，以前所未有的方式增进盈利。
只有当紫外激光的波长和高输出功率这两个必要条件同时具备，正如准分子激光器那样，才能满足工业界对于微尺度构造及快速大面积表面处理（每秒速度达几十平方厘米）的迫切需求。
事实上，基于表面微结构处理的准分子激光器常常是基本的制造步骤，在下文介绍应用实例时会作进一步阐述。

紫外光的直接产生是关键
准分子激光技术的激光跃迁发生在紫外光谱范围，正是这个原因，使得准分子激光技术能够凌驾于其他紫外技术之上。准分子激光是在内在机理上直接产生紫外光子，这使其成为市场上最强和最稳定的紫外激光光源。


 

表1：各种紫外技术的性能参数比较（准分子激光 vs. 基于频率变换的Nd:YAG激光）

与此相反，并行的紫外产生概念基于红外（IR）及可见光，需要采用非线性频率转换技术，这将不可避免地使紫外输出效率及输出稳定性大打折扣，严重影响激光器的实际输出性能[2]。
表1概括比较了准分子激光器技术和红外上转换激光器技术的典型紫外性能参数。
只有准分子激光器可以直接发射紫外波长，并且没有任何其他的技术折中，这使其在微米级高精度加工、高生产能力的批处理及大规模制造中成为最卓越的解决方案。

经紫外准分子处理后获得更好的表面特性
以下给出的多个应用实例，将最大限度地呈现准分子激光器在当今先进制造领域中的创新潜力。在下述这些制造实例中，均包含生产中起关键作用的准分子激光器，以实现性能上的飞跃。


 

图4. 经准分子激光处理的Diesel 引擎汽缸视图（Audi AG）。

增强Diesel马达的性能
Diesel引擎是世界上运输部门领域最重要的汽油、柴油燃料使用者之一。Diesel引擎对于公共交通、货运（通过公路、铁路及海洋等）及农业机械至关重要。并且，大约40%的欧洲汽车市场是基于Diesel引擎的。
市场对于更高功率及效率的需求，加之严格的环境立法对节省燃料以及减小环境污染的苛刻要求，不断迫使引擎制造商寻求制造方案上的革新。
因为Diesel引擎技术使用高的压缩比，考虑到润滑及耐磨的要求，活塞在铸铁汽缸套（如图4所示）中来回移动时的摩擦条件是非常重要的。

传统的汽缸壁处理
如图5所示，在传统汽缸套的内壁上呈现出许多微通道交错的形貌，这是由于机械抛光（即所谓的搪磨处理）导致的。由于这些微通道的存在，当活塞在汽缸内移动时，缸内的润滑油将顺着这些微通道流出缸外，这将严重削弱活塞环和汽缸壁的润滑效果。并且，事实上，活塞环和汽缸套壁之间的摩擦损耗占据Diesel引擎所有损耗的比例多达60%。


 

图5.传统铸铁汽缸套表面的微结构图（Audi AG）。从图中可以清晰地看到由于机械搪磨加工引起的呈十字交叉状的微通道结构。

图6. 经过准分子激光处理后的汽缸套表面的微结构图。更为平滑和坚硬的表面意味着更少的摩擦和磨损。释放出石墨包含物的凹槽可以充当储油容器（Audi AG）。

基于准分子激光的汽缸壁加工
如图6所示，借助308nm准分子激光器的紫外光子及氮辅助气体对汽缸套进行后处理，可以完全将上述不利于润滑的缸壁表面结构转变为更利于润滑的构造。
具有短波长和高光子能量的准分子激光可以与铸铁材料发生强烈作用，通过以下的三种效应，将汽缸内表面处理成完全不同的表面。
（1）有选择地融化到大约2祄深度，可以实现汽缸套表面的大致平滑。
（2）由于近壁表面石墨包含物的释放，从而形成了可充当储油容器的凹槽。
（3）氮辅助气将引起额外的表面硬化，这是因为形成的氮化物将随即浓缩在熔融表面上。
采用Diesel引擎测试程序进行对比分析，测试结果显示了经过准分子激光处理的汽缸相对于传统的搪磨型汽缸在磨损上减少的百分比。准分子激光加工工艺使汽缸套和活塞环的磨损程度减小超过了85%。而且，与传统的搪磨型汽缸相比，燃油消耗量也减小了大约75%[3]（以上具体数值取决于工作周期）。
因此，准分子激光处理工艺可以提高燃料效率，减少长期磨损，从而反过来又可以减小燃油消耗及有害粒子释放，进一步节省资源并保护环境。
对于引擎制造商而言，准分子激光处理工艺带来的经济效益是双重的：不但可以使他们的引擎制造轻易符合法律要求，更可使他们的产品在激烈的市场竞争中标新立异。

推进显示产业发展
在过去几十年里，全球平板显示产业在各个显示领域，从小尺寸的移动电话和汽车导航用显示屏，中等尺寸的电视机及笔记本电脑显示屏，再到大尺寸的家庭娱乐系统和广告屏幕等，均已经历了巨大的发展。新兴的显示技术，如有机发光二极管技术或者基于柔性衬底的显示技术（如图7所示），将会进一步推动显示产业的迅猛发展。平板显示制造商将不断面临关于减小功率消耗，更快响应时间，增强对比度及更好分辨率等方面的需求，从而对薄膜硅底板也提出了更为苛刻的要求。因此，越来越多地要求更快、更亮的显示设备，正不断挑战着传统非晶硅底板的性能极限。


 

图7. 基于柔性聚合物型底板的可弯曲显示设备（Plastic Logic GmbH）。

传统的硅底板加工
对于有源矩阵显示设备，传统的技术是采用硅材料，利用高温高真空化学气相沉积工艺，形成基本的导电层。然而不幸的是，采用这种技术获得的硅层大部分在性质上为非结晶的，这意味着将严重限制像素切换速度及平板显示设备的总电力消耗。
特别地，提供更高亮度和更高分辨率的高性能显示设备，最终还要依赖于快速切换及更小的晶体管，因此，这需要传统的非晶硅底板提供超过1cm2/V-sec的电子迁移率。

基于准分子激光的硅底板加工
采用额外的准分子激光处理工艺（如图8所示），可以将低电子迁移率的非晶硅转变为性能更高的多晶硅薄膜，从而不但可以为新兴的有源矩阵型有机发光二极管技术（AM-OLED）提供需要的驱动电流，而且可以为高分辨率有源矩阵型液晶屏（AM-LCD）提供更快的电压切换。 #p#分页标题#e#
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通过对非晶硅层进行选择性退火及再结晶，可以得到高度有序的微结构，从而实现非晶硅层向多晶硅层的转变。由于308nm准分子激光的短波长及小的穿透深度，硅下面的玻璃衬底将不会受到高功率准分子激光光束的影响[4]。

另外，考虑到准分子激光几百瓦的输出功率，快速大面积处理也是可行的。最终的处理结果是将电子迁移率显著提高到高于100cm2/V-sec，这个值比传统非晶硅层高了两个数量级。图9所示的多晶硅层，其高度有序的晶格结构可以使电子更容易移动。


 

图8. 基于准分子激光的硅退火工艺原理图，这种工艺可以将厚度大约50nm的非晶硅转变为具有更高电子迁移率的多晶硅。

因此，准分子激光处理工艺可以推动这类依赖于高电子迁移率的、高分辨率有源矩阵型液晶屏（AM-LCD）和有源矩阵型有机发光二极管 （AM-OLED）更快进入市场，这些显示产品具有更快、更亮、更薄、更轻的诱人优势。

总之，由于其低温退火特性，准分子激光表面变换技术，成为可弯曲电子书及报纸这类基于柔性聚合物衬底（而非玻璃底板）的另类显示技术的基本工艺环节。

增加太阳电池板的效率
尽管太阳能光电产业在逐年高速发展，但是实现太阳能发电成本与现有电力成本持平的目标仍然很困难。这项技术在没有被大力扶持的情况下，可能还需要5年或更长的时间才能具有大范围的竞争优势。
因此，目前通过工艺优化，材料改进（用于提高太阳能电池效率）以及玻璃、晶片及接触电极的改进（用于增强对太阳光的捕获），可以极大地推动太阳能光电市场的发展。

传统的硅晶片刻蚀
到目前为止，基于多晶硅太阳能电池的硅是目前商业化大规模生产的主体。通常使用线锯切割硅锭来生产晶片，这个工艺将会在晶片表面上形成深度大约10祄的微小裂痕，因为它将减小晶片的机械强度，并增加在表面区域的重组，所以必须设法消除线锯引起的损伤。传统上采用快速溶液刻蚀方法来消除这种线锯损伤。考虑到结晶面取向及杂质导致的局部不同的刻蚀速度，大约几个微米随机分布的缺口将出现在整个表面上（如图11所示），这种结构不利于光反射损耗。但是，为了得到高效率的太阳能电池，又必须得减小这个表面上的光反射率。


 

图9. 经308nm准分子激光退火及再结晶后形成的高度有序的多结晶硅层（The Japan Steel Works Ltd.）。

图10. 大尺寸多晶太阳电池板装置。

图11. 多晶硅晶片经刻蚀液处理后的表面微观视图。