(57)【要約】  表面の光電子収率（ＰＥＹ）および／または二次電子収率（ＳＥＹ）を低減する方法は、表面にレーザを照射し、表面に構造の周期性配置を生成することを含み、ここでレーザ照射は、０．０１〜３ＴＷ／ｃｍ２の範囲、必要に応じて０．１〜３ＴＷ／ｃｍ２の範囲にある一連のレーザパルスおよびパルスのパワー密度を含むパルスレーザ照射を含む。
2018524182.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面の光電子収率（ＰＥＹ）および／または二次電子収率（ＳＥＹ）を低減する方法であって、
前記表面にレーザを照射し、前記表面に構造の周期性配置を生成することを含み、
前記レーザ照射は、０．０１〜３ＴＷ／ｃｍ２の範囲、必要に応じて０．１〜３ＴＷ／ｃｍ２の範囲にある一連のレーザパルスおよび前記パルスのパワー密度を含むパルスレーザ照射を含む、方法。
【請求項２】
前記パワー密度は、０．１〜２ＴＷ／ｃｍ２の範囲内、必要に応じて０．３〜２ＴＷ／ｃｍ２の範囲内、必要に応じて０．４〜１．５ＴＷ／ｃｍ２の範囲内、さらに必要に応じて０．３８〜０．６ＴＷ／ｃｍ２、０．１６〜０．５４ＴＷ／ｃｍ２の範囲内である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記レーザ照射は、前記表面が、１．５未満、必要に応じて１．２未満、必要に応じて１．０未満、必要に応じて０．７以下、必要に応じて０．２〜１．０の範囲内、必要に応じて０．５〜１．０の範囲内、必要に応じて０．３〜０．９の範囲内、必要に応じて０．６〜０．８の範囲内、必要に応じて約０．７に等しいＳＥＹの値を有するように、前記表面の特性を変更する、請求項１または請求項２に記載の方法。
【請求項４】
少なくとも一部のレーザパルスは、前記表面の材料の熱緩和時間より短い持続時間を有する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記レーザパルスのパルス持続時間は、２００フェムト秒（ｆｓ）〜１０００ピコ秒（ｐｓ）の範囲内であり、必要に応じて１〜１００ｐｓの範囲内であり、必要に応じて１〜５０ｐｓの範囲内であり、必要に応じて５〜５００ｐｓの範囲内である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記表面上の前記構造の周期性配置は、互いに実質的に平行な周期性一連の山と谷を含み、必要に応じて前記山は頂部が実質的に平坦であってもよく、および／または頂部が丸くてもよく、および／または実質的に頂部に尖ったおよび／または鋭利な領域はなくてもよい、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
少なくともいくつかの山についての前記山から谷の距離、および／または平均または中間の山から谷の距離は０．５〜１００μｍの範囲内、必要に応じて２０〜８０μｍの範囲内、必要に応じて１〜６０μｍの範囲内にある、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記構造の周期性配置は、クロスハッチング配置または実質的にクロスハッチングなしの実質的に平行な山と谷の線の配置を含む、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記構造の周期性配置を生成するために、前記表面にわたって前記レーザ源の単一の通過を実行することを含む、請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記レーザ照射は、前記表面に１〜５０μｍの範囲内、または１〜１００μｍの範囲内にある焦点スポット直径を有するパルスレーザビームを含む、請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記パルス照射は、１０ｋＨｚ〜１ＭＨｚの範囲のパルス繰り返し周期を有する、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
前記レーザ照射の平均パワーは、０．３〜２０Ｗの範囲内、または１〜５Ｗの範囲内、または０．１〜１Ｗの範囲内、または０．１〜２Ｗの範囲内、または０．３〜５Ｗの範囲内である、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
前記表面への前記レーザ照射は、前記表面にパルスレーザビームを走査することを含み、前記走査の走査速度は、１〜２００ｍｍ／ｓの範囲内であってもよい、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
前記表面上の前記パルスレーザビームの走査は、２〜１０回繰り返すか、１回行う、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
前記表面への前記レーザ照射の入射角は、０〜３０度または９０〜６０度の範囲内である、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１６】
前記照射の波長は、１００〜２０００ｎｍの範囲内、必要に応じて５２８ｎｍまたは５３２ｎｍまたは１０３０ｎｍまたは１０６４ｎｍまたは１０７０ｎｍである、請求項１〜１５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１７】
前記表面への前記レーザ照射は、さらなる構造を生成するようなものであり、前記さらなる構造は、前記構造の周期性配置の構造よりも小さい、請求項１〜１６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１８】
前記さらなる構造が、さらなる周期性構造、必要に応じてリップルまたはナノリップルを含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記さらなる構造は、レーザ誘起周期性表面構造（ＬＩＰＰＳ）を含む、請求項１７または１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記さらなる構造は、１０ｎｍ〜１μｍの範囲内、必要に応じて１００ｎｍ〜１μｍの範囲内の周期性を有する、請求項１７〜１９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２１】
前記さらなる構造は、前記周期性構造のアレイの少なくとも一部を覆い、および／または前記構造の周期性配置の谷内および／または山上に形成される、請求項１７〜２０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２２】
前記表面が、金属表面、必要に応じて銅、アルミニウム、ステンレス鋼またはチタン表面を含む、請求項１〜２１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２３】
前記表面が、粒子加速器、ビームライン、導波管、例えばｒ．ｆ．導波管、検出器、検出器装置、宇宙船、真空チャンバの少なくとも１つの一部を形成するか、または部品の表面を含む、請求項１〜２２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２４】
前記表面に前記構造の周期性配置を生成するために前記表面に前記レーザを照射し、次いで前記部品を前記装置に設置することを含み、または前記部品が前記装置内に設置されている状態で前記表面に前記レーザを照射することを含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
固体レーザを使用して照射することを含み、必要に応じて前記固体レーザは、Ｎｄ：ＹＶＯ４またはＮｄ：ＹＡＧまたはＹｂ：ＹＡＧまたはＮｄ：ＫＧＷまたはＮｄ：ＫＹＷまたはＹｂ：ＫＧＷまたはＹｂ：ＫＹＷレーザ、またはパルスファイバレーザ、必要に応じてＹｂ、ＴｍまたはＮｄパルスファイバレーザを含み、必要に応じて、前記照射することは、前記レーザの動作の基本波長またはその第２または第３高調波を使用することを含む、請求項１〜２４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２６】
前記レーザ照射後に前記表面を脱脂、洗浄または平滑化し、および／または前記レーザ照射後に前記表面に対して表面炭素還元プロセスを行うことの少なくとも１つをさらに含む、請求項１〜２５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２７】
表面の光電子収率（ＰＥＹ）および／または二次電子収率（ＳＥＹ）を低減する装置であって、
表面にパルスレーザを照射するためのレーザ源と、
前記レーザ源を制御して一連のレーザパルスとして前記レーザを照射し、前記表面に構造の周期性配置を形成するように構成されたレーザコントローラとを含み、前記パルスのパワー密度は、０．０１〜３ＴＷｃｍ２の範囲内、必要に応じて０．１〜３ＴＷ／ｃｍ２の範囲内である、装置。
【請求項２８】
請求項１〜２５のいずれか一項に記載の方法を実行するように構成された、請求項２７に記載の装置。
【請求項２９】
請求項１〜２５のいずれか一項に記載の方法を用いて形成された前記表面の構造の周期性配置を含むレーザ処理された表面。
【請求項３０】
表面の光電子収率（ＰＥＹ）および／または二次電子収率（ＳＥＹ）を低減する方法であって、
前記表面にレーザを照射し、前記表面に構造の周期性配置を生成することを含み、
前記レーザ照射は、一連のレーザパルスを含むパルスレーザ照射を含み、前記レーザパルスのパルス持続時間は、２００フェムト秒（ｆｓ）〜１０００ピコ秒（ｐｓ）の範囲にある、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光電子収率（ＰＥＹ）および／または二次電子収率（ＳＥＹ）を減少させるために表面を処理する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光電子放出（ＰＥＥ）は、光子と表面との相互作用による電子の放出を指す。二次電子放出（ＳＥＥ）は、一次電子と表面との相互作用による二次電子の表面からの放出を指す。光電子収率（ＰＥＹ）を用いてＰＥＥを特徴付けることができ、二次電子収率（ＳＥＹ）を用いてＳＥＥを特徴付けることができる。ＰＥＹおよびＳＥＹは、それぞれ単一の入射光子または電子当たりの放出電子の平均数とみなすことができる。
【０００３】
ＰＥＥおよびＳＥＥ効果は、例えば、粒子加速器、ビームライン、導波管、例えばｒ．ｆ．導波管、検出器、宇宙船および真空チャンバの多種多様な装置において重大な困難を引き起こす可能性がある。ＰＥＥおよびＳＥＥ効果は、議論されている特定のタイプの装置および用途に依存して様々に、望ましくない電子雲の形成、望ましくない圧力上昇、ビーム損失および不安定性、ビーム寿命の低下、望ましくない熱負荷、パワー損失、障害、装置寿命の低下、ノイズの増加、および感度の低下をもたらし得る。
【０００４】
ＰＥＹおよびＳＥＹを低減するための改善されたまたは少なくとも代替の方法を提供することが望ましい。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の第１の態様では、表面の光電子収率（ＰＥＹ）および／または二次電子収率（ＳＥＹ）を低減する方法が提供され、方法は、
表面にレーザを照射し、表面に構造の周期性配置を生成することを含み、
レーザ照射は、０．０１〜３ＴＷ／ｃｍ２の範囲、必要に応じて０．１〜３ＴＷ／ｃｍ２の範囲にある一連のレーザパルスおよびパルスのパワー密度を含むパルスレーザ照射を含む。
【０００６】
必要に応じて、パワー密度は、０．１〜２ＴＷ／ｃｍ２の範囲内、必要に応じて０．３〜２ＴＷ／ｃｍ２の範囲内、必要に応じて０．４〜１．５ＴＷ／ｃｍ２の範囲内、さらに必要に応じて０．３８〜０．６ＴＷ／ｃｍ２、０．１６〜０．５４ＴＷ／ｃｍ２の範囲であってもよい。
【０００７】
このようなパワー密度を有するレーザパルスを使用することによって、所望の特性を有する表面を提供する構造の周期性配置を得ることができる。例えば、二次電子収率（ＳＥＹ）の所望の値または値の範囲を有する表面を得ることができる。
【０００８】
本方法は、表面が、１．５未満、必要に応じて１．２未満、必要に応じて１．０未満、必要に応じて０．７以下、必要に応じて０．２〜１．０の範囲内、必要に応じて０．５〜１．０の範囲内、必要に応じて０．３〜０．９の範囲内、必要に応じて０．６〜０．８の範囲内、必要に応じて約０．７に等しいＳＥＹの値を有するように、表面の特性を変更してもよい。ＳＥＹの値は、例えばグリース、汚れ、酸化物または他の汚染材料あるいは異物の蓄積前および／または洗浄後に、レーザを照射した直後の値であってもよい。
【０００９】
レーザパルスは、表面の材料の熱緩和時間より短い持続時間を有することができる。レーザパルスは、実質的にレーザパルスの照射全体を通して、電子と表面の材料の原子格子が実質的に異なる温度を有するような持続時間を有してもよい。レーザパルスは、表面の材料が、実質的に溶融および／または流動することなく蒸発または気化あるいは除去される少なくとも１つであるような持続時間を有することができる。レーザパルスは、表面のいくつかの材料が、表面の残りの材料の実質的な溶融および／または流動なしに、蒸発または気化あるいは除去される少なくとも１つであるような持続時間を有することができる。
【００１０】
レーザパルスのパルス持続時間は、２００フェムト秒（ｆｓ）〜１０００ピコ秒（ｐｓ）の範囲内であり得る。
【００１１】
表面上の構造の周期性配置は、互いに実質的に平行な周期性一連の山と谷を含むことができ、山は頂部が実質的に平坦であってもよく、および／または頂部が丸くてもよく、および／または実質的に頂部に尖ったおよび／または鋭利な領域はなくてもよい。山は、実質的にシルクハット形状および／または角錐台形状、例えば断面にシルクハット形状および／または角錐台形状を有することができる。したがって、例えば、所望の電子仕事関数および／または所望の電子トラップ特性を得ることができる。山は、長手方向に延びていてもよく、尾根と呼ばれてもよい。
【００１２】
少なくともいくつかの山についての山から谷の距離、および／または平均または中間の山から谷の距離は、５００ｎｍ〜１００μｍの範囲内、必要に応じて５〜１００μｍ、必要に応じて２０〜８０μｍの範囲内、必要に応じて１〜６０μｍの範囲内、必要に応じて３０〜６０μｍの範囲内にあってもよい。
【００１３】
構造の周期性配置は、クロスハッチング配置または実質的にクロスハッチングなしの実質的に平行な山と谷（例えば、尾根と谷）の線の配置を含むことができる。構造の周期性配置は、例えば、レーザ照射を提供するレーザ源の単一の通過によって生成することができる。
【００１４】
表面は、少なくとも１つの下層（例えば、鋼、ステンレス鋼の少なくとも１つ）上にあってもよく、レーザ照射は、下層を露出させるような表面の材料を実質的に除去または移動させないようなものであってもよい。
【００１５】
この方法は、レーザ照射後に前記表面を脱脂、洗浄または平滑化し、および／またはレーザ照射後に前記表面に対して表面炭素還元プロセスを行うことの少なくとも１つをさらに含むことができる。
【００１６】
独立して提供され得る本発明のさらなる態様では、表面の光電子収率（ＰＥＹ）および／または二次電子収率（ＳＥＹ）を低減する方法が提供され、方法は、
表面にレーザを照射し、表面に構造の周期性配置を生成することを含み、レーザ照射は一連のレーザパルスを含むパルスレーザ照射を含み、
レーザ照射後に前記表面を脱脂、洗浄または平滑化し、および／またはレーザ照射後に前記表面に対して表面炭素還元プロセスを行うことの少なくとも１つをさらに含むことができる。
【００１７】
洗浄は、化学洗浄プロセスを行うことまたは抽出ユニット、例えば、表面に付着している、あるいは表面に存在するまたは表面内に存在する材料を、例えば溶解、フラッシング、研磨および／またはそのような材料と反応することによって、または不活性ガス（例えば、窒素）ブロア、加圧洗浄機、またはエアガンを使用することによって除去するプロセスを使用することを含んでいてもよい。
【００１８】
独立して提供され得る本発明のさらなる態様では、表面にレーザ形成された構造の周期性配置を含むレーザ処理された表面が提供され、
構造の周期性配置は、実質的に互いに平行な周期性一連の山および谷を含み、構造の周期性配置は、クロスハッチングされた周期性一連の山および谷を含み、さらに必要に応じて
山は頂部が実質的に平坦であってもよく、および／または頂部が丸くてもよく、および／または実質的に頂部に尖ったおよび／または鋭利な領域はなくてもよく、山は、実質的にシルクハット形状および／または角錐台形状、例えば断面にシルクハット形状および／または角錐台形状を有することができ、および／または
少なくともいくつかの山についての山から谷の距離、および／または平均または中間の山から谷の距離は、５００ｎｍ〜１００μｍの範囲内、必要に応じて５〜１００μｍの範囲内、必要に応じて２０〜８０μｍの範囲内、必要に応じて１〜６０μｍの範囲内、必要に応じて３０〜６０μｍの範囲内にあってもよい、
うちの少なくとも１つである。
【００１９】
独立して提供され得る本発明のさらなる態様では、表面の光電子収率（ＰＥＹ）および／または二次電子収率（ＳＥＹ）を低減する装置が提供され、装置は、
表面にパルスレーザを照射するためのレーザ源と、
レーザ源を制御して一連のレーザパルスとしてレーザを照射し、表面に構造の周期性配置を形成するように構成されたレーザコントローラとを含み、パルスのパワー密度は、０．０１〜３ＴＷｃｍ２、必要に応じて０．１〜３ＴＷ／ｃｍ２である。
本発明のさらなる態様では、表面の光電子収率（ＰＥＹ）および／または二次電子収率（ＳＥＹ）を低減する方法が提供され、方法は、
表面にレーザを照射し、表面に構造の周期性配置を生成することを含み、
レーザ照射は、一連のレーザパルスを含むパルスレーザ照射を含み、レーザパルスのパルス持続時間は、２００フェムト秒（ｆｓ）〜１０００ピコ秒（ｐｓ）の範囲にある。
【００２０】
表面は、対象物の表面であってもよい。
【００２１】
パルス持続時間は、１〜１００ｐｓの範囲内であってもよい。パルス持続時間は、１〜５０ｐｓの範囲内であってもよい。パルス持続時間は、５〜５００ｐｓの範囲であってもよい。
【００２２】
レーザ照射は、表面に１〜５０μｍの範囲内、または１〜１００μｍの範囲内にある焦点スポット直径を有するパルスレーザビームを含むことができる。
【００２３】
パルス照射は、１０ｋＨｚ〜１ＭＨｚの範囲のパルス繰り返し周期を有することができる。
【００２４】
レーザ照射の平均パワーは、０．３〜２０Ｗの範囲内、必要に応じて０．３〜２Ｗの範囲内、または１〜１０Ｗの範囲内、または１〜５Ｗの範囲内、または０．１〜１Ｗの範囲内、または０．１〜２Ｗの範囲内、または０．３〜５Ｗの範囲内であってもよい。
【００２５】
表面へのレーザ照射は、表面にパルスレーザビームを走査することを含むことができ、走査の走査速度は、１〜２００ｍｍ／ｓの範囲内、必要に応じて１〜１００ｍｍ／ｓの範囲内であってもよい。
【００２６】
表面上のパルスレーザビームの走査は、２〜１０回繰り返されてもよいし、１回行われてもよい。
【００２７】
表面へのレーザ照射の入射角は、０〜３０度の範囲内であってもよい。表面へのレーザ照射の入射角は、９０〜６０度の範囲内であってもよい。
【００２８】
照射の波長は、１００〜２０００ｎｍの範囲内、必要に応じて５３２ｎｍまたは５２８ｎｍまたは１０３０ｎｍまたは１０６４ｎｍまたは１０７０ｎｍであってもよい。
【００２９】
構造は、山および谷を含むことができる。構造の周期性配置は、周期性一連の山および谷を含むことができる。山と谷は、実質的に互いに平行であってもよい。
【００３０】
構造の周期性配置は、第１の方向に配置された第１の一連の山および谷と、第２の異なる方向に配置された第２の一連の山および谷とを含むことができる。第１の方向と第２の方向は、実質的に直交していてもよい。第１の一連の山および谷と第２の一連の山および谷とは、構造の周期性配置がクロスハッチング配置を含むように交差してもよい。
【００３１】
周期性配置の周期は、０．５〜１００μｍの範囲であってもよい。周期性構造の隣接する山（または谷）の離隔は、０．５〜１００μｍの範囲内であってもよい。クロスハッチング配置のハッチング距離は、０．５〜１００μｍの範囲内であってもよい。
【００３２】
レーザ照射は、表面へのレーザ照射が、さらなる構造を生成することを含むようなものであってもよい。さらなる構造は、構造の周期性配置の構造よりも小さくてもよい。
【００３３】
その特徴は特に重要であり得、したがって、独立して提供され得る本発明のさらなる態様では、表面の光電子収率（ＰＥＹ）および／または二次電子収率（ＳＥＹ）を低減する方法が提供され、方法は、
表面にレーザを照射し、表面に構造の周期性配置を生成することを含み、レーザ照射は一連のレーザパルスを含むパルスレーザ照射を含み、レーザ照射は、構造の周期性配置と同様に、表面にさらなる構造を生成するようなものである。
【００３４】
さらなる構造は、さらなる周期性構造を含んでもよい。さらなる構造はリップルを含むことができる。さらなる構造は、ナノリップルを含むことができる。さらなる構造は、さらなる周期性構造であってもよい。さらなる構造は、レーザ誘起周期性表面構造（ＬＩＰＰＳ）を含むことができる。さらなる構造は、１０ｎｍ〜１μｍの範囲内、必要に応じて１００ｎｍ〜１μｍの範囲内の周期性を有することができる。
【００３５】
さらなる構造は、周期性構造のアレイの少なくとも一部を覆うことができる。さらなる構造は、構造の周期性配置の谷内および／または山上に形成されてもよい。
【００３６】
表面は金属表面であってもよい。表面および／または対象物は、銅、アルミニウム、ステンレス鋼またはチタンを含むことができる。金属表面の金属は、銅、アルミニウム、ステンレス鋼またはチタンから選択される金属であってもよい。表面は、例えば銅、アルミニウム、ステンレス鋼、チタンおよび少なくとも１つの他の材料のうちの１つを含む例えば積層対象物のような積層構造、および／または銅、アルミニウム、ステンレス鋼、チタンの少なくとも２つを含む積層構造の一部を形成してもよい。
【００３７】
表面は、箔の表面であってもよい。対象物は箔であってもよい。
【００３８】
レーザ照射の平均フルエンスまたはピークフルエンスあるいは他の特性は、表面のアブレーション閾値を上回り、アブレーション閾値の１０５％以内、必要に応じて１０２％以内、必要に応じて１０１％以内であり得る。
【００３９】
パルスは、各パルスについて、表面にプラズマが形成されるようなものであってもよい。プラズマは、表面の下層材料と実質的に同じ密度を有することができる。
【００４０】
表面は、粒子加速器、ビームライン、導波管、例えばｒ．ｆ．導波管、検出器、検出器装置、または宇宙船の一部を形成してもよい。
【００４１】
表面は、真空チャンバの表面を含むか、またはその一部を形成することができる。
【００４２】
表面は、装置の部品の表面を含むことができる。装置は、粒子加速器、ビームライン、導波管、例えばｒ．ｆ．導波管、検出器、検出器装置、宇宙船から選択されてもよい。方法は、表面に構造の周期性配置を生成するために表面にレーザを照射し、次いで部品を装置に設置することを含んでもよく、またはこの方法は、部品が装置内のインサイチュにある状態で表面にレーザを照射することを含んでもよい。
【００４３】
方法は固体レーザを使用して照射することを含んでもよく、必要に応じて固体レーザは、Ｎｄ：ＹＶＯ４またはＮｄ：ＹＡＧまたはＹｂ：ＹＡＧまたはＮｄ：ＫＧＷまたはＮｄ：ＫＹＷまたはＹｂ：ＫＧＷまたはＹｂ：ＫＹＷレーザ、またはパルスファイバレーザ、必要に応じてＹｂ、ＴｍまたはＮｄパルスファイバレーザを含む。適用された照射は、そのようなレーザあるいはその第２または第３高調波の動作の基本波長を含むことができる。
【００４４】
独立して提供され得る本発明のさらなる態様では、表面の光電子収率（ＰＥＹ）および／または二次電子収率（ＳＥＹ）を低減する装置が提供され、装置は、
表面にパルスレーザを照射するためのレーザ源と、
レーザ源を制御して、２００フェムト秒（ｆｓ）〜１０００ｐｓの範囲のパルス持続時間を有する一連のレーザパルスとしてレーザを照射し、表面に構造の周期性配置を生成させるように構成されたレーザコントローラとを含む。
【００４５】
独立して提供され得る本発明のさらなる態様では、表面の光電子収率（ＰＥＹ）および／または二次電子収率（ＳＥＹ）を低減する装置が提供され、装置は、
表面にパルスレーザを照射し、任意の他の態様による方法を実行するために動作するように構成されたレーザ源を含む。
【００４６】
独立して提供することができる本発明のさらなる態様では、任意の他の態様による方法を用いて形成された表面の構造の周期性配置を含むレーザ処理された表面が提供される。
独立して提供することができる本発明のさらなる態様では、表面にレーザ形成された構造の周期性配置と、表面にさらにレーザ形成された構造とを含むレーザ処理された表面が提供される。
【００４７】
さらなる構造は、さらなる周期性構造を含んでもよい。さらなる構造はリップルを含むことができる。さらなる構造は、ナノリップルを含むことができる。さらなる構造は、さらなる周期性構造であってもよい。さらなる構造は、レーザ誘起周期性表面構造（ＬＩＰＰＳ）を含むことができる。さらなる構造は、１０ｎｍ〜１μｍの範囲内、必要に応じて１００ｎｍ〜１μｍの範囲内の周期性を有することができる。
【００４８】
構造は、山および谷を含むことができる。構造の周期性配置は、周期性一連の山および谷を含むことができる。山と谷は、実質的に互いに平行であってもよい。
【００４９】
構造の周期性配置は、第１の方向に配置された第１の一連の山および谷と、第２の異なる方向に配置された第２の一連の山および谷とを含むことができる。第１の方向と第２の方向は、実質的に直交していてもよい。第１の一連の山および谷と第２の一連の山および谷とは、構造の周期性配置がクロスハッチング配置を含むように交差してもよい。
【００５０】
周期性配置の周期は、０．５〜１００μｍの範囲であってもよい。周期性構造の隣接する山（または谷）の離隔は、０．５〜１００μｍの範囲内であってもよい。クロスハッチング配置のハッチング距離は、０．５〜１００μｍの範囲内であってもよい。
【００５１】
さらなる構造は、さらなる周期性構造を含んでもよい。さらなる構造はリップルを含むことができる。さらなる構造は、ナノリップルを含むことができる。さらなる構造は、さらなる周期性構造であってもよい。さらなる構造は、レーザ誘起周期性表面構造（ＬＩＰＰＳ）を含むことができる。さらなる構造は、１０ｎｍ〜１μｍの範囲内、必要に応じて１００ｎｍ〜１μｍの範囲内の周期性を有することができる。
【００５２】
さらなる構造は、周期性構造のアレイの少なくとも一部を覆うことができる。さらなる構造は、構造の周期性配置の谷内に形成されてもよい。
【００５３】
表面は金属表面であってもよい。表面は、銅、アルミニウム、ステンレス鋼またはチタンを含むことができる。金属表面の金属は、銅、アルミニウム、ステンレス鋼およびチタンから選択することができる。表面は、例えば銅、アルミニウム、ステンレス鋼、チタンおよび少なくとも１つの他の材料のうちの１つを含む例えば積層対象物のような積層構造、および／または銅、アルミニウム、ステンレス鋼、チタンの少なくとも２つを含む積層構造の一部を形成してもよい。
【００５４】
独立して提供され得る本発明のさらなる態様では、粒子加速器、ビームライン、導波管、検出器、宇宙船、または本発明の第５の態様または第６の態様による表面を有する部品を含む真空チャンバが提供される。
【００５５】
本発明のさらなる態様では、本明細書に記載および／または例示されるように、表面、装置、部品、粒子加速器、ビームライン、導波管、検出器、宇宙船、または真空チャンバを含む方法、表面および構造が提供される。
【００５６】
本発明の任意の１つ以上の態様における任意の特徴は、任意の適切な組み合わせで本発明の任意の他の１つ以上の態様に適用することができる。
【００５７】
本発明の実施形態は、添付図面を参照して以下にさらに説明される。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】例えば光電子収率（ＰＥＹ）および／または二次光電子収率（ＳＥＹ）を減少させるために、光電子放出（ＰＥＥ）および／または二次電子放出（ＳＥＥ）効果を低減するための表面のレーザ処理に使用されるシステムの概略図である。
【図２】サンプルの表面に周期性構造を形成するためのレーザ処理後の銅サンプルの画像を示す。
【図３】サンプルの表面に周期性構造を形成するためのレーザ処理後のアルミニウムサンプルの画像を示す。
【図４ａ】サンプルの表面に周期性構造を形成するためのレーザ処理後のアルミニウムサンプルの画像を示す。
【図４ｂ】サンプルの表面に周期性構造を形成するためのレーザ処理後のアルミニウムサンプルの画像を示す。
【図５】さらなるサンプルの表面に周期性構造を形成するためのレーザ処理後の、さらなるサンプルの画像および／またはさらなるサンプルの特性のグラフを示す。
【図６】さらなるサンプルの表面に周期性構造を形成するためのレーザ処理後の、さらなるサンプルの画像および／またはさらなるサンプルの特性のグラフを示す。
【図７】さらなるサンプルの表面に周期性構造を形成するためのレーザ処理後の、さらなるサンプルの画像および／またはさらなるサンプルの特性のグラフを示す。
【図８】さらなるサンプルの表面に周期性構造を形成するためのレーザ処理後の、さらなるサンプルの画像および／またはさらなるサンプルの特性のグラフを示す。
【図９】さらなるサンプルの表面に周期性構造を形成するためのレーザ処理後の、さらなるサンプルの画像および／またはさらなるサンプルの特性のグラフを示す。
【図１０】さらなるサンプルの表面に周期性構造を形成するためのレーザ処理後の、さらなるサンプルの画像および／またはさらなるサンプルの特性のグラフを示す。
【図１１】さらなるサンプルの表面に周期性構造を形成するためのレーザ処理後の、さらなるサンプルの画像および／またはさらなるサンプルの特性のグラフを示す。
【図１２】さらなるサンプルの表面に周期性構造を形成するためのレーザ処理後の、さらなるサンプルの画像および／またはさらなるサンプルの特性のグラフを示す。
【図１３】さらなるサンプルの表面に周期性構造を形成するためのレーザ処理後の、さらなるサンプルの画像および／またはさらなるサンプルの特性のグラフを示す。
【図１４】さらなるサンプルの表面に周期性構造を形成するためのレーザ処理後の、さらなるサンプルの画像および／またはさらなるサンプルの特性のグラフを示す。
【図１５】さらなるサンプルの表面に周期性構造を形成するためのレーザ処理後の、さらなるサンプルの画像および／またはさらなるサンプルの特性のグラフを示す。
【図１６】さらなるサンプルの表面に周期性構造を形成するためのレーザ処理後の、さらなるサンプルの画像および／またはさらなるサンプルの特性のグラフを示す。
【図１７】さらなるサンプルの表面に周期性構造を形成するためのレーザ処理後の、さらなるサンプルの画像および／またはさらなるサンプルの特性のグラフを示す。
【図１８】さらなるサンプルの表面に周期性構造を形成するためのレーザ処理後の、さらなるサンプルの画像および／またはさらなるサンプルの特性のグラフを示す。
【図１９】さらなるサンプルの表面に周期性構造を形成するためのレーザ処理後の、さらなるサンプルの画像および／またはさらなるサンプルの特性のグラフを示す。
【図２０】さらなるサンプルの表面に周期性構造を形成するためのレーザ処理後の、さらなるサンプルの画像および／またはさらなるサンプルの特性のグラフを示す。
【図２１】さらなるサンプルの表面に周期性構造を形成するためのレーザ処理後の、さらなるサンプルの画像および／またはさらなるサンプルの特性のグラフを示す。
【図２２】さらなるサンプルの表面に周期性構造を形成するためのレーザ処理後の、さらなるサンプルの画像および／またはさらなるサンプルの特性のグラフを示す。
【図２３】さらなるサンプルの表面に周期性構造を形成するためのレーザ処理後の、さらなるサンプルの画像および／またはさらなるサンプルの特性のグラフを示す。
【図２４】さらなるサンプルの表面に周期性構造を形成するためのレーザ処理後の、さらなるサンプルの画像および／またはさらなるサンプルの特性のグラフを示す。
【図２５】別添１に概説されているように、測定を実施する前の２つのサンプルの画像を示す。
【図２６】図２５のサンプルの一次エネルギーの関数としてのＳＥＹのグラフである。
【図２７】図２５のサンプルの一次エネルギーの関数としてのＳＥＹのグラフである。
【図２８】図２８ａ及び図２８ｂは、別添３に記載されている脱脂前後のサンプルの画像を示す。
【図２９】別添３に記載されているように、保存および／または脱脂の前後でサンプルに対して行った測定のグラフである。
【図３０】別添３に記載されているように、保存および／または脱脂の前後でサンプルに対して行った測定のグラフである。
【図３１】別添３に記載されているように、保存および／または脱脂の前後でサンプルに対して行った測定のグラフである。
【図３２】別添３に記載されているように、保存および／または脱脂の前後でサンプルに対して行った測定のグラフである。
【図３３】別添４の対象物であるサンプルの画像を示す。
【図３４】別添４の対象物であるサンプルの光学顕微鏡画像を示す。
【図３５】別添４の主題であるサンプルのＳＥＭ画像を示す。
【図３６】別添４の主題であるサンプルのＳＥＭ画像を示す。
【図３７】図３７ａ及び図３７ｂは、レーザ相互作用機構の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００５９】
図１は、例えば光電子収率（ＰＥＹ）および／または二次電子収率（ＳＥＹ）を減少させるために、光電子放出（ＰＥＥ）および／または二次電子放出（ＳＥＥ）効果を低減するための表面のレーザ処理に使用されるシステムを示す。
【００６０】
図１のシステム２は、所望の特性のパルスレーザ照射ビームを発するようにレーザ６の動作を制御するために使用されるレーザコントローラ６に接続されたレーザ６を含む。レーザ６は、レーザコントローラ４の制御下のレーザ６の動作が対象物の表面に周期性構造を形成するように、対象物１０と位置合わせされる。
【００６１】
実施形態では、レーザは、Ｎｄ：ＹＶＯ４またはＮｄ：ＹＡＧレーザ、またはパルスファイバレーザ、例えばＹｂ、ＴｍまたはＮｄパルスファイバレーザの１つであってもよい。別の実施形態では、任意の他の適切なレーザを使用することができる。図１の実施形態では、パルスレーザ照射の波長は５３２ｎｍであるが、他の実施形態では、他の任意の適切な波長、例えば５２８ｎｍまたは１０３０ｎｍまたは１０６４ｎｍまたは１０７０ｎｍを使用することができる。
【００６２】
コントローラは、専用のコントローラ、または適切にプログラムされたコンピュータを含むことができる。コントローラは、ソフトウェア、ハードウェア、またはハードウェアとソフトウェアの任意の適切な組み合わせで実現してもよい。いくつかの実施形態では、コントローラは、より多くのＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）またはＦＰＧＡ（フィールドプログラマブルゲートアレイ）または他の適切な回路を含むことができる。
【００６３】
図１の実施形態では、対象物１０およびレーザ６は空気中に配置され、表面のレーザ処理は空気中で行われる。対象物１０およびレーザ６は、関連するポンプおよび／またはガス供給源を有する密閉可能および／またはポンプ操作可能なチャンバ８内に配置することができ、表面のレーザ処理は、真空中または所望の気体状態において、例えば選択した反応ガスの存在する中で、行われてもよい。いくつかの実施形態では、チャンバ８は省略される。
【００６４】
図１の実施形態では、対象物１０は、銅を含む金属対象物である。他の対象物、例えばアルミニウム、ステンレス鋼またはチタンを使用することができる。
【００６５】
動作では、所望の特性のパルスレーザ照射が、レーザコントローラ４の制御下でレーザ６によって対象物１０の表面にわたって走査され、表面に構造の周期性配置を生成する。例えば、平行な列に配置された山と谷を形成するために、レーザビームは、平行に離間された経路に沿って表面にわたって走査され、山によって分離された平行な谷を形成してもよい。表面上のレーザビームの適切な走査によって、任意の他の適切な構造の配置を形成することができる。
【００６６】
レーザの動作パラメータ、およびそのようなパラメータを関連づける特定の式は、以下のように表すことができ、
【００６７】
波長（λ）［ｍ］
レーザの繰り返し周期（γ）［Ｈｚ］
レーザのパルス長（τ）［ｓ］
レーザの平均パワー（Ｐａｖｇ）［Ｗ］−１周期ｔ上のエネルギーフローを表す
１パルスあたりのエネルギー（Ｅｐ）［Ｊ］
レーザのフルエンス（Ｆ）［Ｊ／ｃｍ２］
対象物上のビームスポット半径（ｒ）［ｍ］
対象物上のビームスポットエリア（Ａ＝πｒ２）［ｍ２］
対象物の表面がレーザビームで走査された回数（Ｎ）無次元
対象物の表面がレーザビームによって走査された速度（Ｖ）［ｍ／ｓ］
対象物の表面の各スポットごとに発射されるパルスの数（ｎ）［無次元］
パルス間の時間間隔−１周期（ｔ）［ｓ］
ピークパワー（Ｐｐｅａｋ）［Ｗ］−単一パルス内のエネルギーフローを定義する
パワー密度または強度（Ｉ）［Ｗ／ｃｍ２］
【００６８】
式
【数１】
2018524182.tif 000003
【００６９】
好適な動作パラメータは、所望の特性、例えばパルスの所望のパワー密度のパルスレーザ照射を得るために、例えば上記の式および表現に基づいて選択することができる。
【００７０】
表１は、表面が銅である実施形態の場合に、表面に所望の構造の周期性配置を生成するためのレーザの動作パラメータを提供する。一実施形態による３組の動作パラメータを表１に示す。この場合、表面のレーザ処理は空気中で行われる。
【００７１】
【表１】
2018524182.tif 000004
＊−構造に関するＳＥＹデータは、線形走査とクロスハッチング走査についてそれぞれ１．８と１．６であり、予想される理由は、ＳＥＭ画像が利用できる５３２ｎｍ処理と比較して、縮小された表面形状である。
＊＊−構造に関するＳＥＹデータは１．１３（ＤＬ）および１．３（ＣＥＲＮ）である。ＣＥＲＮサンプル（ステンレス鋼上のＣｕ  ＯＦＥおよび共積層Ｃｕ（層厚さ約８０μｍ））の第１のバッチに使用される処理パラメータ。
＊＊＊−構造に関する報告されたＳＥＹデータは、０．７５（ＤＬ）および０．９５（ＣＥＲＮ）である。
【００７２】
対象物が銅であるいくつかの他の実施形態では、動作パラメータは以下のように選択される。
【００７３】
ａ）波長５３２ｎｍ、レーザのパルス幅：２００フェムト秒から２００ピコ秒、対象物上の焦点スポット直径：１〜５０μｍ、レーザの繰り返し周期：１０ｋＨｚ〜１ＭＨｚ、平均パワー：０．３〜２Ｗ、走査速度：１〜１００ｍｍ／ｓ、走査の繰り返し回数：１〜１０、ハッチング距離：０．５〜１００μｍ、レーザビームの入射角：０〜３０度。
【００７４】
ｂ）波長１０６４ｎｍ、レーザのパルス幅：２００フェムト秒から２００ピコ秒、対象物上の焦点スポット直径：１〜５０μｍ、レーザの繰り返し周期：１０ｋＨｚ〜１ＭＨｚ、平均パワー：１〜５Ｗ、走査速度：１〜１００ｍｍ／ｓ、走査の繰り返し回数：１〜１０、ハッチング距離：０．５〜１００μｍ、レーザビームの入射角：０〜３０度。
表２は、表面がアルミニウムである実施形態の場合に、表面に所望の構造の周期性配置を生成するためのレーザの動作パラメータを提供する。
【表２】
2018524182.tif 000005
【００７５】
対象物がアルミニウムであるいくつかの他の実施形態では、動作パラメータは以下のように選択される。
【００７６】
ａ）波長１０６４ｎｍ、レーザのパルス幅：２００フェムト秒から２００ピコ秒、対象物上の焦点スポット直径：１〜５０μｍ、レーザの繰り返し周期：１０ｋＨｚ〜１ＭＨｚ、平均パワー：０．１〜１Ｗ、走査速度：１〜１００ｍｍ／ｓ、走査の繰り返し回数：１〜１０、ハッチング距離：０．５〜１００μｍ、レーザビームの入射角：０〜３０度。
表３は、表面がステンレス鋼である実施形態の場合に、表面に所望の構造の周期性配置を生成するためのレーザの動作パラメータを提供する。
【表３】
2018524182.tif 000006
【００７７】
対象物がステンレス鋼であるいくつかの他の実施形態では、動作パラメータは以下のように選択される。
【００７８】
ａ）波長５３２ｎｍ、レーザのパルス幅：２００フェムト秒から２００ピコ秒、対象物上の焦点スポット直径：１〜５０μｍ、レーザの繰り返し周期：１０ｋＨｚ〜１ＭＨｚ、平均パワー：０．１〜２Ｗ、走査速度：１〜１００ｍｍ／ｓ、走査の繰り返し回数：１〜１０、ハッチング距離：０．５〜１００μｍ。
【００７９】
ｂ）波長１０６４ｎｍ、レーザのパルス幅：２００フェムト秒から２００ピコ秒、対象物上の焦点スポット直径：１〜５０μｍ、レーザの繰り返し周期：１０ｋＨｚ〜１ＭＨｚ、平均パワー：１〜５Ｗ、走査速度：１〜１００ｍｍ／ｓ、走査の繰り返し回数：１〜１０、ハッチング距離：０．５〜１００μｍ、レーザビームの入射角：０〜３０度。
【００８０】
図２は、図１に関して説明したように、サンプルの表面に周期性構造を形成するためのレーザ処理後の銅サンプルの画像を示す。銅サンプルのレーザ処理に使用される動作パラメータは、以下の表４に提供される。銅サンプルａ）、ｂ）およびｃ）の３つのサンプルを処理した。サンプルａ）、ｂ）およびｃ）の画像と、１〜４とラベル付けされたサンプルの処理された表面の４つの走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像を図２に示し、以下の表４に記載する。以下の別添１に、１３ｍｍ銅サンプルのＳＥＹ結果を示す。
【００８１】
図３は、図１に関して説明したように、表面に周期性構造を形成するためのレーザ処理後のアルミニウムサンプルの画像を示す。アルミニウムサンプルのレーザ処理に使用される動作パラメータは、以下の表５に提供される。アルミニウムサンプルａ）およびｂ）の２つのサンプルを処理した。サンプルａ）およびｂ）の画像と、１〜３とラベル付けされた、異なる倍率レベルでのサンプルの処理された表面の３つの走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像を図に示し、以下の表５に記載する。
【表４】
2018524182.tif 000007
【表５】
2018524182.tif 000008
【００８２】
図４ａおよび図４ｂは、図１に関して説明したように、表面に周期性構造を形成するためのレーザ処理後のステンレス鋼サンプルの画像を示す。サンプルのレーザ処理に使用される動作パラメータは、以下の表６ａおよび表６ｂに提供される。ステンレス鋼サンプルａ）、ｂ）、ｃ）およびｄ）の４つのサンプルを処理した。サンプルａ）、ｂ）、ｃ）およびｄ）の画像と、１〜１０とラベル付けされたサンプルの処理された表面の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像を図４ａおよび図４ｂに示し、以下の表６ａおよび表６ｂに記載する。
【表６ａ】
2018524182.tif 000009
【表６ｂ】
2018524182.tif 000010
【００８３】
別添２は、さらなる実施形態による、表面に所望の構造の周期性配置を生成するためのレーザのさらなる動作パラメータを提供する。
【００８４】
図５は、上述のように、サンプルの表面に周期性構造（この場合クロスハッチング構造）を形成するためのレーザ処理後の銅サンプルの画像を示す。表面上の５つの点（１、３、６、９および１２とラベル付けされた）の５つのＳＥＭ画像も図５に含まれ、シルクハット状角錐台構造を示している。
【００８５】
図６は、上述のように、サンプルの表面に周期性構造（この場合クロスハッチング構造）を形成するためのレーザ処理後の（ａ）〜（ｅ）とラベル付けされたさらなる表面のＳＥＭ画像を示す。それぞれの異なるサンプルは、図６に示すように、それぞれ異なるパワー密度のパルスを受けた。
【００８６】
図７は、サンプルの表面に周期性構造（この場合は平行線）を形成するためのレーザ処理後のサンプルの画像を示す。サンプル表面の５つの領域での５つのＳＥＭ画像も示す。サンプルは、０．４ＴＷ／ｃｍ２に等しいパワー密度のレーザパルスを受けた。
【００８７】
図８は、上述のようにサンプルの表面に周期性構造（この場合は平行線）を形成するためのレーザ処理後の３つのサンプルの画像を示す。サンプルの１つの表面の５つの領域での５つのＳＥＭ画像も示す。サンプルは、０．２ＴＷ／ｃｍ２に等しいパワー密度のレーザパルスを受けた。
【００８８】
図９は、上述のように、サンプルの表面に周期性構造を形成するためのレーザ処理後のサンプルについて測定された一次電子エネルギーに対するＳＥＹのグラフである。
【００８９】
図１０は、上述のように表面に周期性構造を形成するためのレーザ処理後の銅サンプルの画像を示す。図１０はまた、異なる倍率での表面の領域のＳＥＭ画像を示す。
【００９０】
図１１は、上述のように、表面に周期性構造を形成するためのレーザ処理後の、銅サンプルの表面の様々な領域の様々な倍率でのＳＥＭ画像を示す。
【００９１】
図１２は、上述のように、表面に周期性構造を形成するためのレーザ処理後、ならびに切断および研磨後の、銅サンプルの断面の様々な倍率でのＳＥＭ画像を、正面から見たサンプルのさらなる画像と共に示す。
【００９２】
図１３は、表面に周期性構造を形成するためのレーザ処理後の、サンプルの異なる領域での銅サンプルの断面のＳＥＭ画像を示す。
【００９３】
図１４は、上述のように表面に周期性構造を形成するためのレーザ処理後のステンレス鋼層上の銅層を含む共積層サンプルの画像と、サンプルの断面のＳＥＭ画像を示す。
【００９４】
図１５は、上述のように表面に周期性構造を形成するためのレーザ処理後のサンプルの断面のさらなるＳＥＭ画像を示す。
【００９５】
図１６は、上述のように表面に周期性構造を形成するためのレーザ処理後の、正面から見たサンプルのＳＥＭ画像を示す。図中には挿入画像が含まれ、正面から見た画像に示される線に沿った断面のＳＥＭ断面画像である。正面から見た画像および断面画像上の対応する位置にはドットが印されている。３つの赤色の点（図の白黒バージョンでは暗い）と１つの緑色の点（図の白黒バージョンでは明るい）がある。赤色の点はレーザが２回通過した領域を示し、緑色の点はレーザが１回通過した領域を示す。断面画像で、レーザの２回の通過により、レーザの１回の通過よりも深い谷が形成されたことが分かる。
【００９６】
図１７は、上述のように表面に周期性構造を形成するためのレーザ処理後の銅サンプルの表面のＳＥＭ画像を示す。レーザ処理は、波長５３２ｎｍのレーザパルスおよびレーザパルスパワー密度２９．６ＧＷ／ｃｍ２を使用した。
【００９７】
図１８は、図１７の銅サンプルの表面の３つのランダムに選択された点で行われた測定のＳＹ対一次電子エネルギーのグラフである。
【００９８】
図１９は、図１７および図１８の銅サンプルを含むサンプル表面の画像である。
【００９９】
図２０は、上述のように表面に周期性構造を形成するためのレーザ処理後の３つのクロスハッチングされたサンプルについてのＳＥＹ対一次エネルギーのグラフと共に、上述のように表面に周期性構造（この場合はクロスハッチング）を形成するためのレーザ処理後のサンプルの表面の画像を示す。
【０１００】
図２１は、上述のように表面に周期性構造を形成するためのレーザ処理後の３つの溝処理されたサンプルについてのＳＥＹ対一次エネルギーのグラフと共に、上述のように表面に周期性構造（この場合は溝）を形成するためのレーザ処理後のサンプルの表面の画像を示す。
【０１０１】
図２２は、上述のように表面に周期性構造を形成するためのレーザ処理後の４つのクロスハッチングされたサンプルについてのＳＥＹ対一次エネルギーのグラフと共に、上述のように表面に周期性構造（この場合はクロスハッチング）を形成するためのレーザ処理後のサンプルの表面の画像を示す。
【０１０２】
図２３は、上述のように表面に周期性構造を形成するためのレーザ処理後の３つの溝処理されたサンプルについてのＳＥＹ対一次エネルギーのグラフと共に、上述のように表面に周期性構造（この場合は溝）を形成するためのレーザ処理後のサンプルの表面の画像を示す。
【０１０３】
図２４は、上記のようにサンプルの表面に周期性構造を形成するためのレーザ処理後のサンプルの表面のさらなる画像を示す。
【０１０４】
理論に縛ることを望むものではなく、また保護の範囲を限定するものでもなく、少なくともいくつかの実施形態に関連して起こり得るプロセスに関する以下のコメントが提供される。
【０１０５】
レーザ工学は、実施形態による周期性構造の形成を提供する包括的な方法論を提供する。精密なレーザ工学は、金属内の自由電子、絶縁体内の振動、さらに実際に半導体内の励起の両方のタイプを励起することが期待されている。レーザが材料を処理するメカニズムは次の通りである。
（ｉ）光−熱相互作用（ＰＴＩ）−短いドウェル時間を提供するレーザビーム（例えば、ナノ秒のパルス幅を有するレーザ）を使用して一般に達成される。
（ｉｉ）光−アブレーション相互作用（ＰＡＩ）−超短ドウェル時間（例えば、ピコ秒またはフェムト秒のパルス幅を有するレーザ）を提供するレーザビームを使用して想定される。
【０１０６】
表４および５ならびに図１３〜図１６に関連して説明した実施形態に関するレーザ処理は、ＰＴＩ方式にすることができる。表１〜表３および図２〜図１１に関連して説明した実施形態に関するレーザ処理は、ＰＡＩ方式にすることができる。
【０１０７】
ＰＴＩ方式では、集束レーザビームは、空間的に閉じ込められた強い熱源として働く。対象材料は急速に加熱され、最終的には気化する。保護範囲の限定を暗示するものではないが、対象材料は蒸発されていると言える。この手法の利点は、比較的多量の対象物材料の迅速な除去を可能にすることである。しかし、処理後の周辺熱影響部（ＨＡＺ）の損傷およびリキャスト材料の存在は、精密レーザ材料工学のための熱閉じ込めという点で限界がある。
【０１０８】
ＰＡＩ方式では、レーザは材料内の光の多光子吸収を駆動する。これは材料から電子を取り除き、電子はその後クーロン反発力により爆発する。ＰＡＩは、単純に加熱するのではなく、材料を保持する分子結合または原子結合を直接破壊するため、本質的には「熱い」プロセスでははい。材料は非常に短い時間枠内で除去されるので、アブレーションされた材料は、周囲の材料に熱が広がる前に大部分のエネルギーを持ち去る。これらの影響により、ＨＡＺを著しく低減することができる。さらに、これは清浄なプロセスであり、リキャスト材料を最小限に抑えることができるため、複雑な後処理の必要性が排除される。ＰＡＩ機構は、線形の光吸収が低く、したがって既存の技術では設計が困難な高バンドギャップ材料を含む、非常に広範囲の材料と適合する。ＰＡＩ機構は「波長中性」と考えることができ、つまり、材料がレーザ波長で正常に透過性であっても、非線形吸収を低減することができる。
【０１０９】
ＰＡＩ機構は、表面の電子仕事関数のカスタム設計を基本的に可能にするべきである。
【０１１０】
ＰＴＩおよびＰＡＩ機構は、それぞれ図３７ａおよび図３７ｂに概略的に示されている。
【０１１１】
実施形態のさらなる特徴は、表面に加えるパルス照射の特性、例えば、ピコ秒範囲以下のパルス持続時間の使用は、より高いエネルギーおよび／またはより長い持続時間のパルス照射、例えばナノ秒の範囲のパルス持続時間を使用して形成された特徴よりも、形成される周期性構造がより浅い深度であり、および／または緩やかに傾斜している。
【０１１２】
再び、理論に縛ることを望むものではなく、また保護の範囲を限定するものでもなく、少なくともいくつかの実施形態に関連して起こり得るプロセスに関する以下のコメントが提供される。
【０１１３】
非常に高い強度（または高い照射度）での照射では、最初の数十ｎｍにおいて、約１０２０Ｗ／ｃｍ３のエネルギーが放出される、高密度の強く吸収する材料の問題に直面する。一旦ランダム化されたこのエネルギーの一部は、材料のバルクに伝導され、一方、加熱された層の熱膨張によって、一部は、指向性運動エネルギーに変換される。２つの方式がこの点で区別されている。
【０１１４】
１．材料の膨張およびアブレーションによって支配されるナノ秒パルスレーザ相互作用。ここで、加熱された層の熱圧力は、下にある対象物材料の著しい圧縮を引き起こすのに十分高い。
【０１１５】
２．パルス持続時間中の流体力学的運動が無視できる（ここではレーザパルスはナノ秒のものより１０００倍以上短い可能性がある）ので、熱伝導が支配的であるピコ秒パルスレーザ相互作用（例えば、本明細書に記載のいくつかの実施形態による）。ピコ秒方式では、被処理層の流体力学的膨張が開始する前から、高密度材料の強い加熱が起こり得る。この方式で生成されたプラズマは、固体対象物それ自体と本質的に同じ密度を有することができる。冷却の際、これは、ナノ構造で覆われた、照射パラメータに応じて１〜５０μｍの範囲の微細構造を形成する。
【０１１６】
いくつかの実施形態によれば、ピコ秒持続時間パルス照射を用いると、表面上に適切なパターンでレーザビームを走査することによって得られる大きな規模の山および谷に加えて、表面にナノリップルまたは他の小規模構造の形成を引き起こす場合もある。このようなナノリップルまたは他の小規模構造は、大きな周期的な山および谷構造によって得られる減少に加えて、場合によってはＰＥＹまたはＳＥＹをさらに減少させる可能性がある。さらに、いくつかの場合には、ナノリップルまたは他の小規模構造および／またはナノ秒パルスではなくピコ秒に関連するより浅い山および谷が、表面の改善されたまたは代替の電気的特性、例えば誘導の低減をさらに提供してもよく、および／または表面にナノまたはマイクロスケールの増加した領域を提供できる。
【０１１７】
再び、理論に縛ることを望むものではなく、また保護の範囲を限定するものでもなく、さらなるコメントは以下の通りである。
【０１１８】
表面粗さが増加すると、谷が特徴的な表面では最大ＳＥＹが減少し、丘で覆われる表面では著しく増加することがある。この観察は、異なる形態学的特徴および表面電子仕事関数（ＥＷＦ）に起因して、それぞれ丘および谷構造がＳＥＹの増減に非常に有効であることを示している。
【０１１９】
総ＳＥＹは、放出された真の二次電子（ＳＥ）および後方散乱電子（ＢＳＥ）両方の、表面に入射する一次電子（ＰＥ）に対する比率を示すことができる。
【０１２０】
例：空気にさらされたサンプル表面は、吸着されたガスおよび炭化水素によって容易に汚染され、ＳＥＹが増加する可能性がある。
【０１２１】
汚染によって引き起こされる高いＳＥＹは、電子増倍を生じさせ、最終的にはマイクロ波デバイスの性能を低下させ、また大規模粒子加速器における破壊的電子クラウド不安定性を生じさせると思われる。
【０１２２】
ＳＥＹの増加は、電子仕事関数［ＥＷＦ］の低下を示す。
【０１２３】
粗さが増すにつれて、丘が広がる表面でＳＥＹｍａｘは大幅に増加する。この現象は、丘構造がＳＥ放出において積極的な役割を果たすであろうことを示唆している。さらに、ＳＥＹｍａｘは、主に谷が特徴的な表面によって急速に減少し、これはＳＥＹｍａｘの減少の主な要因であると思われる。
【０１２４】
谷構造の場合、ＳＥは側壁との衝突によって効果的に閉じ込めることができ、したがってＳＥＹは減少する。それにもかかわらず、丘構造については、側壁のマイナスの効果とは別に、ＳＥ放出にいくつかのプラスの効果がある。例えば、いくつかのＰＥは、丘の局所表面に斜めに当たり、通常の発生率より多くのＳＥを誘導する。さらに、ＳＥは丘の側壁に再突入する可能性があり、その結果ＳＥがさらに生成される。ほとんどの再突入したＳＥは、高エネルギーのＢＳＥであり、表面ポテンシャル障壁を克服し、低エネルギーの多くの真のＳＥを生成し、真空に逃げる。
【０１２５】
異なる表面形態によって誘導される電子仕事関数（ＥＷＦ）の変化も、ＳＥＹ変動の原因となる可能性がある。仕事関数は、表面の山で減少し、表面の谷で増加し、表面の粗さが増加する可能性がある。構造化作業における丘と谷は、表面の山と谷とみなすことができる。丘構造によって導入されたより粗い表面は、しばしば電子仕事関数（ＥＷＦ）が低く、したがってＳＥＹは自然に増加する。しかしながら、谷構造で表面を粗くすることによってＥＷＦは高くなり、最後にはＳＥＹが減少する。
【０１２６】
レーザ処理したサンプルの脱脂は、例えば以下の別添３および４に記載されているように、サンプルのＳＥＹの増加をもたらすことが分かった。そのような手順は、サンプルの保存または使用の間に起こり得るＳＥＹの減少より大きいＳＥＹの増加をもたらし得ることが分かった。ＮＧＬ（ＲＴＭ）脱脂製品を使用する洗浄が、別添３および別添４に記載されているが、代替の実施形態では、任意の適切な脱脂、洗浄、平滑化または表面炭素還元プロセスを使用することができる。いくつかの実施形態では、脱脂剤は、サンプルの形態を実質的に変化させないが、炭素または炭素含有化合物、混合物または他の材料あるいは表面からの他の望ましくないおよび／または外来の化合物、混合物または材料、例えば金属酸化物、グリースまたは汚れの層を除去してもよい。例えば、いくつかの実施形態では、９９．７％の氷酢酸（任意の他の適切な濃度を使用することができる）を例えば室温で使用して、表面材料、例えば銅（Ｉ）および銅（ＩＩ）酸化物および／または他の材料を、表面形態を実質的に変化させることなく除去することができる。
【０１２７】
以上、本発明を純粋に例として説明してきたが、本発明の範囲内で詳細の変更を行うことができることは理解されよう。説明における各特徴、および（適切な場合）図面は、独立して、または他のそのような特徴と適切に組み合わせて提供されてもよい。
【０１２８】
別添１−Ａ１
【表７】
2018524182.tif 000011
【０１２９】
別添１−Ａ２
図２５は、「受け取ったまま」のサンプルのディスク１およびディスク２の画像を示し、ＳｐｅｃＬａｂシステムでの測定のおおよその領域を示す。
図２６および図２７は、各ＳＥＹシステム上の２つのサンプルについての一次電子エネルギーの関数としてのＳＥＹ係数の結果を示す。
コメント
クロスチェックＳＥＹ測定は、２つのＳＥＹ測定システムで実行された（図２および図３参照）。表面の損傷を最小限に抑えるために、直径１．３ｃｍのディスクを端部に単一のねじでサンプルホルダに固定した。
１つのシステムでは、サンプルを４つのランダムな点で測定し、第２のシステムでは、図１に示すように関心領域を配置した。
ＥＳＣＡ５４００ではコレクタを使用して一次電流を測定し、他のＳｐｅｃｓＬａｂシステムではファラデーカップ（２ｍｍ開口）を使用し、正にバイアスした。両方の場合において、サンプルは負にバイアスした。サンプルの調節を避けるために、入射電子の照射線量を１Ｅ−７Ｃ／ｍｍ２未満に保った。
結果
図２５−Ｓ００５＿Ｃｕ＿２０１５．０６．０１＿１３ｍｍ＿ｄｉｓｃ１およびディスク２は、ＳｐｅｃｓＬａｂシステム（２点：Ｃｕ＿ｄ１＿ｐ１およびＣｕ＿ｄ１＿ｐ２）についての、示された領域の中央の測定前の２つのサンプルの画像を示す。
Ｏｂｓ：Ｅｓｃａ５４００では、４つの測定点−Ｃｕ＿ｄ１＿ｐ１〜ｐ＿４が表面上でランダムにとられた。
【０１３０】
このページは意図的に空白のままである
【０１３１】
別添１−Ａ４
結論
２つのサンプルは、最大ＳＥＹ係数の著しいばらつきを示さず、空気にさらされた一般的なクリーンな平坦な銅のそれよりも低い。
【０１３２】
別添３−Ａ１
【表８】
2018524182.tif 000012
【０１３３】
別添３−Ａ２
コメント
図２８ａは、サンプルホルダ上に置かれた「受け取ったままの」サンプル（Ｃｕ−ＯＦＥ  １２０ｘ２０ｘ１ストリップ１）を示し、Ｗａｒｍ  ＳＥＹシステムでのＳＥＹ測定のために準備された。このサンプルは、６月２５日に６５１＿ＳＥＹ＿ＸＰＳ＿ＴＥ＿ＶＳＣ＿２０１５＿０６＿２５として測定され、参照サンプルとみなされる。
【０１３４】
このトリップはＡｌ箔に５ヶ月間保存された。この後：１）同じ片（図２８ｂの左側の片をＳＥＹ係数（６７０＿ＳＥＹ＿ＸＰＳ＿ＴＥ＿ＶＳＣ＿２０１５＿１１＿１０）について時間保存の影響を評価するために測定した。２）同じストリップの別の片を切断してＮＧＬ脱脂のために化学作業所に送った（図２８ｂの右側の片）。化学処理後に観察された色差は言及する価値がある。化学洗浄後、このサンプルについてＳＥＹを測定した（６７１＿ＳＥＹ＿ＸＰＳ＿ＴＥ＿ＶＳＣ＿２０１５＿１１＿１０）。
【０１３５】
図２８は、ａ）ＳＥＹ測定のためにサンプルホルダに取り付けられた「受け取ったままの」サンプルと、ｂ）５ヶ月間保存した後（左側）とＮＧＬ化学脱脂を行った後（右側）のサンプルの詳細を示す。
【０１３６】
ＳＥＹ測定は、本来の（１２×２）ｃｍストリップの１つから切断した（２×２）ｃｍ片で行った（図２８ａおよび２８ｂ）。表面の損傷を最小限に抑えるために、サンプルを端部の２点に固定した。
【０１３７】
Ｗａｒｍ  ＳＥＹシステムでは、２つの異なる６５１７Ｂ  Ｋｅｉｔｈｌｅｙピコ電流計を使用して、サンプル（Ｉｓ）内およびコレクタ（Ｉｃ）での電流を同時に測定することによってＳＥＹ（δ）を決定する。ＳＥＹは次の式に従って計算された。
【数２】
2018524182.tif 000013
【０１３８】
サンプルは−１８Ｖで負にバイアスされ、コレクタは＋４５Ｖで正にバイアスされた。サンプルの調節を避けるために、入射電子の照射線量を１０−７Ｃ／ｍｍ２未満に保った。
【０１３９】
別添３−Ａ３
結果
図２９は、直交するｘとｙ方向における各サンプルの表面にわたる５つの異なる点の一次電子エネルギーの関数としてのＳＥＹを示し、保存されたサンプル（左側）とＮＧＬにおいて脱脂されたサンプル（右側）のために、電子銃とサンプルの間の距離を一定に維持した。
【０１４０】
図２９は、Ｃｕ＿２０１５．１０．１１＿２ｘ１２ｃｍ＿保存（左）、およびＣｕ＿２０１５．１０．１１＿２ｘ１２ｃｍ＿脱脂（右）ＳＥＹを、各サンプルの５つのランダムな点における一次エネルギーの関数として示す。
【０１４１】
ＳＥＹの化学洗浄効果をよりよく理解するために、両方の曲線を一緒にプロットした（図３０）。両方のサンプルが測定前に５ヶ月間保存されていることに注意。脱脂が最大ＳＥＹ（約０．９５〜０．７５）の減少に及ぼす効果をはっきりと見ることができる。
【０１４２】
図３０は、サンプルＣｕ＿２０１５．１０．１１＿２ｘ１２ｃｍ＿保存（赤色の線）とＣｕ＿２０１５．１０．１１＿２ｘ１２ｃｍ＿脱脂（緑色の線）のＳＥＹ比較を示す。
【０１４３】
別添３−Ａ４
ＳＥＹ測定に加えて、各サンプルについてＸＰＳ分析を行って、それらの間の（表面組成に関して）質的および量的差異を確立した。図３１は、両方のサンプルについて測定されたＸＰＳ調査の比較を示す。さらに、図３１の下部には、各元素（すなわちＣｕ、Ｏ、ＮおよびＣ）のより正確な比較が含まれている。
【０１４４】
図３１は、サンプルＣｕ＿２０１５．１０．１１＿２ｘ１２ｃｍ＿保存（赤色の線）およびＣｕ＿２０１５．１０．１１＿２ｘ１２ｃｍ＿脱脂（緑色の線）のＸＰＳ分析の比較を示す。
【０１４５】
別添３−Ａ５
表１は、両方のサンプルについて、ＸＰＳ結果から抽出された表面相対組成を示す。脱脂したサンプル（すなわち７．８％）においてＣ  １ｓの量の減少が測定されることは言及するに値する。
【０１４６】
【表９】
2018524182.tif 000014
最後に、２つの保存されたサンプルのＳＥＹ係数が、図３２の参照サンプル（すなわち、Ｃｕ＿２０１５．０６．２５＿２ｘ１２ｃｍ＿３ｒｄ＿ｓｅｒｉｅ）と比較される。この比較によれば、空気中でのサンプル保存の影響を裏付けることができ、これはＳＥＹ信号（約０．８〜０．９５）の増加を引き起こす。一方、５ヶ月間保存した後のサンプルの洗浄は、ＳＥＹ曲線の形状を変えることで知られており、最大ＳＥＹ値は０．７５−０．８に低下している。
【０１４７】
図３２は、参照（青色の線）、保存（赤色の線）、保存後脱脂（緑色の線）の３つの異なるサンプルの一次エネルギーの関数としてのＳＥＹ係数の変化を示す。
【０１４８】
別添３−Ａ６
結論
・Ｃｕ−ＯＦＥサンプルを５ヶ月間保存すると、ＳＥＹ値は約０．８から０．９５に上昇する。
・サンプルを５ヶ月間保存しても、ＮＧＬ脱脂法で適切に洗浄すると、ＳＥＹ係数は、参照サンプルで測定された値よりも０．７５〜０．８まで大幅に減少する。ＳＥＹ曲線の形状変化は、図１ｂに示すように、化学洗浄による表面粗さの減少に関連している可能性があり、これはさらにサンプル色の変化を生じる。
・すべての場合において、表面は同質であり、ＳＥＹ分散の観点から、脱脂されたサンプルは、より高い分散を有するサンプルである。
・表面組成の観点から、ＮＧＬ溶液を使用すると、表面のＣ濃度が著しく低下する。
・結論として、ＮＧＬ脱脂手順は、ＳＥＹ係数を減少させ、０．８の範囲に維持すると言える。この洗浄方法は、サンプル中のＣのレベルを著しく低下させ、（図２８ｂに示すように、脱脂後に観察される異なる色によって確認されるように）表面の平滑化を引き起こし、これは５００ｅＶの範囲に最大ピークがあるＳＥＹ曲線となる。
【０１４９】
別添４−Ａ１
１．前書き
サンプル調製（エタノールを用いた洗浄プロセス）の間に、ＬＥＳＳ試料中の色の変化は、以前の研究中に視覚的に認められた。色の変化は、表面のほこりの除去と関連している可能性がある。
１．１  研究の目的
粉末材料の可能性のある分離を確認するために、Ｃｕ−ＯＦＥ製の１つのＬＥＳＳサンプルで予備研究を行った。これは、異なる洗浄プロセスにさらされた５つの試験片に切断され、表面テクスチャの相違が、光学顕微鏡および電気顕微鏡によって研究された。
１．２  キーワード
ＯＭ、ＳＥＭ、ＵＳ
２．プロトコル
２．１  サンプル
図３３に示すように、試料をＣｕ−ＯＦＥ  ＬＥＳＳサンプルから切り出した。
図３３は、ａ）受け取ったＣｕ−ＯＦＥ  ＬＥＳＳサンプル、ｂ）切断後およびｃ）試料の識別の視覚的観察を示す。
【０１５０】
別添４−Ａ２
２．２  装置
−走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）、ＩｎＬｅｎｓ（二次電子）を備えた電界放射銃Ｆｅｇ  Ｓｉｇｍａ（ＺＥＩＳＳ）、Ｅｖａｎ−Ｔｈｏｒｎｌｅｙ二次電子（ＳＥ２）、および撮像用の後方散乱電子（ＡｓＢ）検出器
−５０ｍｍ２  Ｘ  Ｍａｘ  ＥＤＳ検出器（Ｏｘｆｏｒｄ）、ＩＮＣＡソフトウェア。
−デジタル顕微鏡ＫＥＹＥＮＣＥ  ＶＨＸ  １０００
【０１５１】
３．実験的な作業および結果
表１に要約されているように、試料は様々な手順で洗浄された。サンプル＃４の特定の場合には、洗浄プロセスは、炭素ステッカーを試料表面にわずかに付着させて除去することから構成された。炭素ステッカーはまた、その表面に付着した粒子の有無を確認するために高分解能で観察された。
表１−各試料の洗浄プロセス
【表１０】
2018524182.tif 000015
【０１５２】
３．１  洗浄前後の光学観察
光学顕微鏡観察は、設計された洗浄プロセスの前後に同じ顕微鏡パラメータ（光、倍率、焦点など）で各試料の同じ領域で実施した。観察の要約を図２に示す。
【０１５３】
別添４−Ａ３
図３４は、洗浄前後の様々な試料の光学顕微鏡観察の概要を示す。
【０１５４】
３．２  洗浄後のＳＥＭ観察
ＯＭ観察とほぼ同じ領域でＳＥＭ観察を行い、参照の観察も行った（図３４参照）。
付着表面として使用された炭素ステッカーもまた観察され、ＳＥＭ画像が図３４に示されている。ＬＥＳＳ表面からの粒子（カリフラワー構造）は、両方の領域の間のわずかな接触の後にステッカーに付着された。
【０１５５】
このページは意図的に空白のままである
【０１５６】
別添４−Ａ５
図３６は、ＬＥＳ表面に観察される特徴的なカリフラワーが見える炭素ステッカー表面のＳＥＭ  ＳＥ２画像を示す。
【０１５７】
４．観察のまとめ
・エタノールで超音波洗浄した試料は、使用時間（１または５分）とは無関係に、山尾根に付着した粒子（カリフラワー構造）の減少を示した。
・加圧空気で１分間洗浄したサンプル＃３の場合、参照サンプルに関して明確な変化は観察されなかった。
・同様に、炭素ステッカーが表面にわずかに付着したサンプル＃４では（洗浄プロセスとして）大きな変化は検出されなかった。
・それにもかかわらず、ステッカーのＳＥＭ観察は、サンプル＃４から容易に分離された少量の粒子（３μｍまで）の存在を確認した。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１ａ】
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【図３１ｂ】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【国際調査報告】
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