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同時高功率準分子激光器可以在高達600Hz的重復(fù)頻率下運轉(zhuǎn)，使得每秒處理幾十平方厘米的表面加工速度成為可能。
準分子激光器具有可擴展至數(shù)百瓦的較高的單脈沖能量，這意味著可以處理更大的區(qū)域尺寸，同時每秒鐘可提供數(shù)百個脈沖，這必將在制造業(yè)中引發(fā)規(guī)模效應(yīng)，以前所未有的方式增進盈利。
只有當紫外激光的波長和高輸出功率這兩個必要條件同時具備，正如準分子激光器那樣，才能滿足工業(yè)界對于微尺度構(gòu)造及快速大面積表面處理（每秒速度達幾十平方厘米）的迫切需求。
事實上，基于表面微結(jié)構(gòu)處理的準分子激光器常常是基本的制造步驟，在下文介紹應(yīng)用實例時會作進一步闡述。

紫外光的直接產(chǎn)生是關(guān)鍵
準分子激光技術(shù)的激光躍遷發(fā)生在紫外光譜范圍，正是這個原因，使得準分子激光技術(shù)能夠凌駕于其他紫外技術(shù)之上。準分子激光是在內(nèi)在機理上直接產(chǎn)生紫外光子，這使其成為市場上最強和最穩(wěn)定的紫外激光光源。


 

表1：各種紫外技術(shù)的性能參數(shù)比較（準分子激光 vs. 基于頻率變換的Nd:YAG激光）

與此相反，并行的紫外產(chǎn)生概念基于紅外（IR）及可見光，需要采用非線性頻率轉(zhuǎn)換技術(shù)，這將不可避免地使紫外輸出效率及輸出穩(wěn)定性大打折扣，嚴重影響激光器的實際輸出性能[2]。
表1概括比較了準分子激光器技術(shù)和紅外上轉(zhuǎn)換激光器技術(shù)的典型紫外性能參數(shù)。
只有準分子激光器可以直接發(fā)射紫外波長，并且沒有任何其他的技術(shù)折中，這使其在微米級高精度加工、高生產(chǎn)能力的批處理及大規(guī)模制造中成為最卓越的解決方案。

經(jīng)紫外準分子處理后獲得更好的表面特性
以下給出的多個應(yīng)用實例，將最大限度地呈現(xiàn)準分子激光器在當今先進制造領(lǐng)域中的創(chuàng)新潛力。在下述這些制造實例中，均包含生產(chǎn)中起關(guān)鍵作用的準分子激光器，以實現(xiàn)性能上的飛躍。


 

圖4. 經(jīng)準分子激光處理的Diesel 引擎汽缸視圖（Audi AG）。

增強Diesel馬達的性能
Diesel引擎是世界上運輸部門領(lǐng)域最重要的汽油、柴油燃料使用者之一。Diesel引擎對于公共交通、貨運（通過公路、鐵路及海洋等）及農(nóng)業(yè)機械至關(guān)重要。并且，大約40%的歐洲汽車市場是基于Diesel引擎的。
市場對于更高功率及效率的需求，加之嚴格的環(huán)境立法對節(jié)省燃料以及減小環(huán)境污染的苛刻要求，不斷迫使引擎制造商尋求制造方案上的革新。
因為Diesel引擎技術(shù)使用高的壓縮比，考慮到潤滑及耐磨的要求，活塞在鑄鐵汽缸套（如圖4所示）中來回移動時的摩擦條件是非常重要的。

傳統(tǒng)的汽缸壁處理
如圖5所示，在傳統(tǒng)汽缸套的內(nèi)壁上呈現(xiàn)出許多微通道交錯的形貌，這是由于機械拋光（即所謂的搪磨處理）導(dǎo)致的。由于這些微通道的存在，當活塞在汽缸內(nèi)移動時，缸內(nèi)的潤滑油將順著這些微通道流出缸外，這將嚴重削弱活塞環(huán)和汽缸壁的潤滑效果。并且，事實上，活塞環(huán)和汽缸套壁之間的摩擦損耗占據(jù)Diesel引擎所有損耗的比例多達60%。


 

圖5.傳統(tǒng)鑄鐵汽缸套表面的微結(jié)構(gòu)圖（Audi AG）。從圖中可以清晰地看到由于機械搪磨加工引起的呈十字交叉狀的微通道結(jié)構(gòu)。

圖6. 經(jīng)過準分子激光處理后的汽缸套表面的微結(jié)構(gòu)圖。更為平滑和堅硬的表面意味著更少的摩擦和磨損。釋放出石墨包含物的凹槽可以充當儲油容器（Audi AG）。

基于準分子激光的汽缸壁加工
如圖6所示，借助308nm準分子激光器的紫外光子及氮輔助氣體對汽缸套進行后處理，可以完全將上述不利于潤滑的缸壁表面結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)楦跐櫥臉?gòu)造。
具有短波長和高光子能量的準分子激光可以與鑄鐵材料發(fā)生強烈作用，通過以下的三種效應(yīng)，將汽缸內(nèi)表面處理成完全不同的表面。
（1）有選擇地融化到大約2祄深度，可以實現(xiàn)汽缸套表面的大致平滑。
（2）由于近壁表面石墨包含物的釋放，從而形成了可充當儲油容器的凹槽。
（3）氮輔助氣將引起額外的表面硬化，這是因為形成的氮化物將隨即濃縮在熔融表面上。
采用Diesel引擎測試程序進行對比分析，測試結(jié)果顯示了經(jīng)過準分子激光處理的汽缸相對于傳統(tǒng)的搪磨型汽缸在磨損上減少的百分比。準分子激光加工工藝使汽缸套和活塞環(huán)的磨損程度減小超過了85%。而且，與傳統(tǒng)的搪磨型汽缸相比，燃油消耗量也減小了大約75%[3]（以上具體數(shù)值取決于工作周期）。
因此，準分子激光處理工藝可以提高燃料效率，減少長期磨損，從而反過來又可以減小燃油消耗及有害粒子釋放，進一步節(jié)省資源并保護環(huán)境。
對于引擎制造商而言，準分子激光處理工藝帶來的經(jīng)濟效益是雙重的：不但可以使他們的引擎制造輕易符合法律要求，更可使他們的產(chǎn)品在激烈的市場競爭中標新立異。

推進顯示產(chǎn)業(yè)發(fā)展
在過去幾十年里，全球平板顯示產(chǎn)業(yè)在各個顯示領(lǐng)域，從小尺寸的移動電話和汽車導(dǎo)航用顯示屏，中等尺寸的電視機及筆記本電腦顯示屏，再到大尺寸的家庭娛樂系統(tǒng)和廣告屏幕等，均已經(jīng)歷了巨大的發(fā)展。新興的顯示技術(shù)，如有機發(fā)光二極管技術(shù)或者基于柔性襯底的顯示技術(shù)（如圖7所示），將會進一步推動顯示產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展。平板顯示制造商將不斷面臨關(guān)于減小功率消耗，更快響應(yīng)時間，增強對比度及更好分辨率等方面的需求，從而對薄膜硅底板也提出了更為苛刻的要求。因此，越來越多地要求更快、更亮的顯示設(shè)備，正不斷挑戰(zhàn)著傳統(tǒng)非晶硅底板的性能極限。


 

圖7. 基于柔性聚合物型底板的可彎曲顯示設(shè)備（Plastic Logic GmbH）。

傳統(tǒng)的硅底板加工
對于有源矩陣顯示設(shè)備，傳統(tǒng)的技術(shù)是采用硅材料，利用高溫高真空化學(xué)氣相沉積工藝，形成基本的導(dǎo)電層。然而不幸的是，采用這種技術(shù)獲得的硅層大部分在性質(zhì)上為非結(jié)晶的，這意味著將嚴重限制像素切換速度及平板顯示設(shè)備的總電力消耗。
特別地，提供更高亮度和更高分辨率的高性能顯示設(shè)備，最終還要依賴于快速切換及更小的晶體管，因此，這需要傳統(tǒng)的非晶硅底板提供超過1cm2/V-sec的電子遷移率。

基于準分子激光的硅底板加工
采用額外的準分子激光處理工藝（如圖8所示），可以將低電子遷移率的非晶硅轉(zhuǎn)變?yōu)樾阅芨叩亩嗑Ч璞∧?，從而不但可以為新興的有源矩陣型有機發(fā)光二極管技術(shù)（AM-OLED）提供需要的驅(qū)動電流，而且可以為高分辨率有源矩陣型液晶屏（AM-LCD）提供更快的電壓切換。 #p#分頁標題#e#
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通過對非晶硅層進行選擇性退火及再結(jié)晶，可以得到高度有序的微結(jié)構(gòu)，從而實現(xiàn)非晶硅層向多晶硅層的轉(zhuǎn)變。由于308nm準分子激光的短波長及小的穿透深度，硅下面的玻璃襯底將不會受到高功率準分子激光光束的影響[4]。

另外，考慮到準分子激光幾百瓦的輸出功率，快速大面積處理也是可行的。最終的處理結(jié)果是將電子遷移率顯著提高到高于100cm2/V-sec，這個值比傳統(tǒng)非晶硅層高了兩個數(shù)量級。圖9所示的多晶硅層，其高度有序的晶格結(jié)構(gòu)可以使電子更容易移動。


 

圖8. 基于準分子激光的硅退火工藝原理圖，這種工藝可以將厚度大約50nm的非晶硅轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂懈唠娮舆w移率的多晶硅。

因此，準分子激光處理工藝可以推動這類依賴于高電子遷移率的、高分辨率有源矩陣型液晶屏（AM-LCD）和有源矩陣型有機發(fā)光二極管 （AM-OLED）更快進入市場，這些顯示產(chǎn)品具有更快、更亮、更薄、更輕的誘人優(yōu)勢。

總之，由于其低溫退火特性，準分子激光表面變換技術(shù)，成為可彎曲電子書及報紙這類基于柔性聚合物襯底（而非玻璃底板）的另類顯示技術(shù)的基本工藝環(huán)節(jié)。

增加太陽電池板的效率
盡管太陽能光電產(chǎn)業(yè)在逐年高速發(fā)展，但是實現(xiàn)太陽能發(fā)電成本與現(xiàn)有電力成本持平的目標仍然很困難。這項技術(shù)在沒有被大力扶持的情況下，可能還需要5年或更長的時間才能具有大范圍的競爭優(yōu)勢。
因此，目前通過工藝優(yōu)化，材料改進（用于提高太陽能電池效率）以及玻璃、晶片及接觸電極的改進（用于增強對太陽光的捕獲），可以極大地推動太陽能光電市場的發(fā)展。

傳統(tǒng)的硅晶片刻蝕
到目前為止，基于多晶硅太陽能電池的硅是目前商業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)的主體。通常使用線鋸切割硅錠來生產(chǎn)晶片，這個工藝將會在晶片表面上形成深度大約10祄的微小裂痕，因為它將減小晶片的機械強度，并增加在表面區(qū)域的重組，所以必須設(shè)法消除線鋸引起的損傷。傳統(tǒng)上采用快速溶液刻蝕方法來消除這種線鋸損傷。考慮到結(jié)晶面取向及雜質(zhì)導(dǎo)致的局部不同的刻蝕速度，大約幾個微米隨機分布的缺口將出現(xiàn)在整個表面上（如圖11所示），這種結(jié)構(gòu)不利于光反射損耗。但是，為了得到高效率的太陽能電池，又必須得減小這個表面上的光反射率。


 

圖9. 經(jīng)308nm準分子激光退火及再結(jié)晶后形成的高度有序的多結(jié)晶硅層（The Japan Steel Works Ltd.）。

圖10. 大尺寸多晶太陽電池板裝置。

圖11. 多晶硅晶片經(jīng)刻蝕液處理后的表面微觀視圖。