激光技術的應用已滲透到幾乎所有學科，進入到各行各業(yè)，無所不包，無所不用。激光清洗技術的引人使一些傳統的清洗技術與研究方法得以更新和改進，同時又提供了新的生產和研究手段。例如，當今的微電子工業(yè)中最嚴重的問題之一是芯片 表面殘存微粒，會使成品率下降50%，要提高芯片成品率，必須采用有效的清洗技術，這對各種高技術過程都是關鍵的技術單元。這些過程包括半導體生產，計算機驅動器、光存儲裝置和高能光學組件的加工。

當這些小尺寸產品的技術要求提高時，要移去的最小粒子尺寸逐步變小，如對于亞微米集成電路技術，1um大小的顆粒是造成線路失敗的主要原因。20世紀90年代初，衣阿華大學Susan Allen 小組報道了激光清洗技術:水作為能量的轉移物，首先在表面形成10μm厚的薄層(為避免引入水中的雜質，采用氣相蒸發(fā)技術形成薄層)，再用CO2激光器輻照表面，將水層溫度升高到309C，蒸發(fā)過程如爆炸一樣將表 面殘余粒子帶走。IBM 公司用波長為248nm的準分子激光器也作了激光清洗研究，不同點是被處理的基板吸收紫外光后，再來加熱表面的薄水層。麥道公司利用Nd: YAG激光束清洗直徑為2μum的鎢顆粒，鎢顆粒本身吸收激光能量。TEA CO2激光器光束聚焦在材料表面，透鏡焦距為30cm,材料放在計算機控制的掃描平臺上，水層的蒸發(fā)采用N2氣流過40C的去離子水，蒸發(fā)冷凝在較低溫度的基板上，然后用激光輻照完成清洗工作。

①激光清洗技術基礎知識

各種激光束清洗大小各異的粒子和材料不同的基板，都是利用產生足夠強的激光束移動或捕獲小顆粒來實現的。將一高斯光束輻照在一 小顆粒 上時，光束傳輸有一定的能量和動量；動量=能量/光速。

光束與顆粒相互作用，-部分反射，一部 分折射進顆粒且透過顆粒逸出。動量是一個矢量，散射光在人射方向的總動量小于原來的人射值，因此對新顆粒形成一個作用力——軸向力。

如果人射光的光強分布不均勻，例如TEM0高斯分布的模，還會形成垂直于人射方向的徑向力，徑向力可以向內或向外，它會將粒子“推入”或“推出”光東范圍。利用激光輻射將顆粒從材料表面移走，需要很大的力量，但是使顆粒在表面滾動或平移要容易得多，表4-12列出了一些主要試驗結果。

可以利用激光清洗文物污垢和剝離飛機、艦艇及其他交通工具表面油漆。用- - 束幾百毫焦耳的YAG激光束通過透鏡的組合來聚焦光束，并把光束集中到個很小的、只有幾平方毫米或平方厘米范圍的區(qū)域。根據被處理物(雕刻藝術品、石頭墻壁等)表面的情況改變激光脈沖的頻率(每秒0.5~30個脈沖)和脈寬(8 ~25ns)。低頻率比高頻率更適用于處理易碎、堅硬或多色表面，光束直徑可通過系列透鏡來改變。 處理光潔的石頭表面，光束直徑- -般為7mm;處理易碎表面時，光束直徑可增大。污垢吸收光后便蒸發(fā)掉，一種在表面產生的力學共振現象能使表面污垢凝結脫落。振幅很小的沖擊波可以被傳播到被處理物質中，且不會造成被處理物的損壞。

美國軍方直利用激光清除 飛機、 艦艇和其他交通 工具表面的油漆。用激光清除漆層始終是替代普通溶劑清除法和噴砂法的一種誘人的手段， 也是較易適應環(huán)境要求的技術，但重要的是激光束可以操縱，能去掉不規(guī)整表面的漆層。

美國HDE系統公司使用1800W連續(xù)波Nd: YAG 激光器和Polymiero的光纖傳輸系統，通過纖芯為600μm的光纜把1500W Nd: YAG 激光傳到150m之外的加工表面，用來剝除橋梁和車輛漆層。該公司經理s. Enqel說，就每瓦的功率成本、運轉費用和平均功率可利用性等而言，連續(xù)波激光優(yōu)于脈沖激光。去掉漆層所需的平均功率密度(約12kW/im)遠低于表面熔化功率密度(48kW/in), 因而這種技術有強大的生命力。

②激光清洗技術與其他技術的比較

激光清洗技術與傳統的物理、化學或機械(水或微粒)清洗技術相比，激光束除污垢具有許多優(yōu)點。水清洗技術能清除表面可溶性鹽和黑色表層(這些東西在霧氣中會慢慢鼓起、變脆，并漸漸失去粘性)，然而滲透的危險性非常大，這對深處的巖石損傷，尤其是當接頭有缺陷時或當石頭風化很厲害時損傷更大。消除兒毫米厚的黑色薄層表層需要好幾天甚至幾個星期的連續(xù)水洗，而且水是種強 力溶劑，水滴軟化作用保持著水的溶解作用。因此，清洗結構很不均勻。微粒清洗原理與水洗法相同，人們采用微粒清洗污染表面，所用的是極細的低壓磨蝕劑一氧化鋁、碳化硅、玻璃微珠、滑石粉等。采用此方法要求始終控制噴量，使微粒不致把表面磨損得太厲害。同時，需要的磨蝕劑劑量很大，要花的時間很長，根據污垢的性質和厚度，清洗2m2需要幾天到二十幾天。化學清洗法用的是酸或堿清洗物品，有時將酸堿一起用。 使用化學清洗法具有很大的危險性，如對被處理物的腐蝕、廢鹽的形成、清洗后的長期化學效應等。用激光清洗法可以克服上述方法中的許多缺陷。它不需要任何可能損傷被處理物的水或微粒，可用來處理不堅固的風化的文物等。它既不會損傷被處理物質表面的色澤，也不會改變它的結構。