激光技术的应用已渗透到几乎所有学科，进入到各行各业，无所不包，无所不用。激光清洗技术的引人使一些传统的清洗技术与研究方法得以更新和改进，同时又提供了新的生产和研究手段。例如，当今的微电子工业中最严重的问题之一是芯片 表面残存微粒，会使成品率下降50%，要提高芯片成品率，必须采用有效的清洗技术，这对各种高技术过程都是关键的技术单元。这些过程包括半导体生产，计算机驱动器、光存储装置和高能光学组件的加工。

当这些小尺寸产品的技术要求提高时，要移去的最小粒子尺寸逐步变小，如对于亚微米集成电路技术，1um大小的颗粒是造成线路失败的主要原因。20世纪90年代初，衣阿华大学Susan Allen 小组报道了激光清洗技术:水作为能量的转移物，首先在表面形成10μm厚的薄层(为避免引入水中的杂质，采用气相蒸发技术形成薄层)，再用CO2激光器辐照表面，将水层温度升高到309C，蒸发过程如爆炸一样将表 面残余粒子带走。IBM 公司用波长为248nm的准分子激光器也作了激光清洗研究，不同点是被处理的基板吸收紫外光后，再来加热表面的薄水层。麦道公司利用Nd: YAG激光束清洗直径为2μum的钨颗粒，钨颗粒本身吸收激光能量。TEA CO2激光器光束聚焦在材料表面，透镜焦距为30cm,材料放在计算机控制的扫描平台上，水层的蒸发采用N2气流过40C的去离子水，蒸发冷凝在较低温度的基板上，然后用激光辐照完成清洗工作。

①激光清洗技术基础知识

各种激光束清洗大小各异的粒子和材料不同的基板，都是利用产生足够强的激光束移动或捕获小颗粒来实现的。将一高斯光束辐照在一 小颗粒 上时，光束传输有一定的能量和动量；动量=能量/光速。

光束与颗粒相互作用，-部分反射，一部 分折射进颗粒且透过颗粒逸出。动量是一个矢量，散射光在人射方向的总动量小于原来的人射值，因此对新颗粒形成一个作用力——轴向力。

如果人射光的光强分布不均匀，例如TEM0高斯分布的模，还会形成垂直于人射方向的径向力，径向力可以向内或向外，它会将粒子“推入”或“推出”光東范围。利用激光辐射将颗粒从材料表面移走，需要很大的力量，但是使颗粒在表面滚动或平移要容易得多，表4-12列出了一些主要试验结果。

可以利用激光清洗文物污垢和剥离飞机、舰艇及其他交通工具表面油漆。用- - 束几百毫焦耳的YAG激光束通过透镜的组合来聚焦光束，并把光束集中到个很小的、只有几平方毫米或平方厘米范围的区域。根据被处理物(雕刻艺术品、石头墙壁等)表面的情况改变激光脉冲的频率(每秒0.5~30个脉冲)和脉宽(8 ~25ns)。低频率比高频率更适用于处理易碎、坚硬或多色表面，光束直径可通过系列透镜来改变。 处理光洁的石头表面，光束直径- -般为7mm;处理易碎表面时，光束直径可增大。污垢吸收光后便蒸发掉，一种在表面产生的力学共振现象能使表面污垢凝结脱落。振幅很小的冲击波可以被传播到被处理物质中，且不会造成被处理物的损坏。

美国军方直利用激光清除 飞机、 舰艇和其他交通 工具表面的油漆。用激光清除漆层始终是替代普通溶剂清除法和喷砂法的一种诱人的手段， 也是较易适应环境要求的技术，但重要的是激光束可以操纵，能去掉不规整表面的漆层。

美国HDE系统公司使用1800W连续波Nd: YAG 激光器和Polymiero的光纤传输系统，通过纤芯为600μm的光缆把1500W Nd: YAG 激光传到150m之外的加工表面，用来剥除桥梁和车辆漆层。该公司经理s. Enqel说，就每瓦的功率成本、运转费用和平均功率可利用性等而言，连续波激光优于脉冲激光。去掉漆层所需的平均功率密度(约12kW/im)远低于表面熔化功率密度(48kW/in), 因而这种技术有强大的生命力。

②激光清洗技术与其他技术的比较

激光清洗技术与传统的物理、化学或机械(水或微粒)清洗技术相比，激光束除污垢具有许多优点。水清洗技术能清除表面可溶性盐和黑色表层(这些东西在雾气中会慢慢鼓起、变脆，并渐渐失去粘性)，然而渗透的危险性非常大，这对深处的岩石损伤，尤其是当接头有缺陷时或当石头风化很厉害时损伤更大。消除儿毫米厚的黑色薄层表层需要好几天甚至几个星期的连续水洗，而且水是种强 力溶剂，水滴软化作用保持着水的溶解作用。因此，清洗结构很不均匀。微粒清洗原理与水洗法相同，人们采用微粒清洗污染表面，所用的是极细的低压磨蚀剂一氧化铝、碳化硅、玻璃微珠、滑石粉等。采用此方法要求始终控制喷量，使微粒不致把表面磨损得太厉害。同时，需要的磨蚀剂剂量很大，要花的时间很长，根据污垢的性质和厚度，清洗2m2需要几天到二十几天。化学清洗法用的是酸或碱清洗物品，有时将酸碱一起用。 使用化学清洗法具有很大的危险性，如对被处理物的腐蚀、废盐的形成、清洗后的长期化学效应等。用激光清洗法可以克服上述方法中的许多缺陷。它不需要任何可能损伤被处理物的水或微粒，可用来处理不坚固的风化的文物等。它既不会损伤被处理物质表面的色泽，也不会改变它的结构。