阅读说明：本技术 一种激光增强三维微区电沉积方法及其对应的装置 (Laser-enhanced three-dimensional micro-area electrodeposition method and corresponding device ) 是由 朱国栋 龚大卫 于 2019-09-11 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种激光增强三维微区电沉积方法,其将激光辐照集成到基于微管的微区电沉积装置中,获得提升的沉积速率。电解液腔体和微管内灌注电解液,经由平移台调控使得微管尖端逼近试样表面,微管尖端液滴在试样表面形成的弯月面、进而限制了液滴在试样表面的扩散,利于电沉积加工精度的控制；通过微管内电解质接正电位、导电试样表面为负电位,使得电沉积过程发生；激光辐照在液滴与试样的接触面上,激光热效应提高电解液中电子转移效率,加速电化学平衡电位向正向偏移并引起液滴内局部涡流搅拌,从而加速了电沉积过程；根据预设图案,协同调控电控平移台运动,实现微管和试样表面的三维相对移动。(the invention provides a laser-enhanced three-dimensional micro-area electrodeposition method, which integrates laser irradiation into a micro-area electrodeposition device based on a micro-tube to obtain an improved deposition rate. Electrolyte is filled in the electrolyte cavity and the microtube, the tip of the microtube approaches the surface of the sample through the regulation and control of the translation table, and the liquid drops at the tip of the microtube form a meniscus on the surface of the sample, so that the diffusion of the liquid drops on the surface of the sample is limited, and the control of the electro-deposition processing precision is facilitated; the electrolyte in the microtube is connected with a positive potential, and the surface of the conductive sample is a negative potential, so that the electrodeposition process occurs; laser is irradiated on the contact surface of the liquid drop and the sample, the laser heat effect improves the electron transfer efficiency in the electrolyte, and accelerates the forward deviation of the electrochemical equilibrium potential and causes local vortex stirring in the liquid drop, thereby accelerating the electrodeposition process; and cooperatively regulating and controlling the motion of the electric control translation stage according to a preset pattern to realize the three-dimensional relative movement of the microtube and the surface of the sample.)

一种激光增强三维微区电沉积方法及其对应的装置

技术领域

本发明涉及电沉积的技术领域，具体为一种激光增强三维微区电沉积方法，本发明还提供了采用该方法的装置。

背景技术

电沉积技术是一种工业生产中常见的涂层加工技术，其工作是基于电化学原理，将试样作为阴极浸入特定电解液中，电解液中金属离子在试样表面聚集并发生还原反应，从而在试样表面形成金属涂覆层。电沉积技术已广泛应用于电子信息、防腐、修饰等各领域。然而现有电沉积技术加工精度低，加工分辨率仅有100μm左右。为了提高电沉积技术的加工精度，近年来发展了基于微管的微区电沉积技术，中空的微管中灌入电解液，以代替传统电沉积工艺中的电镀槽，经由精密位移平台调控微管喷嘴与试样间距，可实现微米甚至亚微米尺度金属线的电沉积制备。然而，这一基于微管的微区电沉积技术沉积速率低，通常小于0.1μm/s，限制了其应用；而且，过低的沉积速率也导致系统工作时，对喷嘴和试样间距的控制及相对位移精度要求极高，因而位移控制多采用高精度(如位移精度优于1nm)的压电位移台，增大了系统成本。在传统电沉积技术中，激光辅助沉积已被证实能提升电沉积速率，其提升效率可达三个数量级。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种激光增强三维微区电沉积方法，其将激光辐照集成到基于微管的微区电沉积装置中，获得提升的沉积速率，并进而降低设备对位移平台精度的严苛要求，降低了设备开发成本。

一种激光增强三维微区电沉积方法，其特征在于：电解液腔体和微管内灌注电解液，经由平移台调控使得微管尖端逼近试样表面，微管尖端液滴在试样表面形成的弯月面、进而限制了液滴在试样表面的扩散，利于电沉积加工精度的控制；通过微管内电解质接正电位、导电试样表面为负电位，使得电沉积过程发生；激光辐照在液滴与试样的接触面上，激光热效应提高电解液中电子转移效率，加速电化学平衡电位向正向偏移并引起液滴内局部涡流搅拌，从而加速了电沉积过程；根据预设图案，协同调控电控平移台运动，实现微管和试样表面的三维相对移动，进而产生三维微纳尺度图案。

其进一步特征在于：

根据工作条件选取合适的激光光源，具体包括但不限于为紫外光、可见光或红外光；光源发出光束经反射镜反射和透镜汇聚后应辐照在微管尖端液滴与试样之间的接触面上或是液滴与沉积铜层的接触面上；

微管逼近试样表面时，通过光学显微镜辅助判断逼近程度，当微管尖端经由电解液滴连接试样表面后，由于试样表面的亲水性，液滴两侧在表面张力作用下形成弯月面，同时由于液滴表面张力作用也限制了弯月面沿试样表面扩散，保证了电沉积的具有足够高的几何分辨以及足够精细的加工尺寸；

所述微管为商品化的各类内径几十微米至几百微米的毛细管，具体包括但不限于为金属、普通玻璃、石英玻璃的材质；通过在已经成型的毛细管的一端再次拉伸制备内径更小的毛细管，从而缩小毛细管的用于滴液的管口的内径，进而利用电沉积加工精度的提高；

所述激光辐照的位置相对于毛细管的滴液位置保持相对静止，毛细管移动时、激光辐照的位置随着毛细管同步移动；

电沉积过程中，毛细管的滴液位置和试样表面产生相对移动；

所述微管的用于放置电解液的管内空间外接有微量注射泵，经由注射泵推进速率的调控，可精确调节毛细管内电解液的流出速率，进而调控电沉积速率和加工精度。

一种激光增强三维微区电沉积装置，其特征在于：其包括电控平移台及位移控制器、电流表、电压源、电脑、激光器、微管、电解液腔体、微量注射泵、光学元件、试样放置台，试样放置于所述试样放置台，所述试样的正上方为微管的液滴出口，所述电控平移台及位移控制器控制微管和放置于试样放置台上的试样进行相对位置移动，所述微管的上部入液口连接有电解液腔体，所述电解液腔体上设置有注射泵，所述电脑控制位移控制器驱动电控平移台动作，所述电脑分别连接所述电流表、电压源，所述电流表通过导体连接位于微管内的电解液，所述电流表与所述电压源的正极连接，所述电压源负极或接地端连接试样表面的待加工区域，激光器发出的激光光束通过光学元件产生汇聚光束入射到试样的待加工区域。

其进一步特征在于：

所述电控平移台具体为一维平移台、二维平移台或三维平移台，所述电控平移台用于调控试样的运动或调控微管的运动，所述电控平移台采用分体式结构时，部分平移台和微管连接，部分平移台和试样连接，工作时微管和试样相对运动；

当电控平移台用于控制试样运动时，试样放置台即为电控平移台，其还包括有手动平移台，为了工作时微管和试样间距离调节方便，在电控平移台上再加装三维向的手动平移台，作为辅助控制；

当电控平移台用于控制试样运动时，其还包括有偏摆台，其用于工作时试样倾角调节，所述偏摆台位于平移台和试样之间；

所述电解液腔体的输出端通过转接头连接微管，所述电解液腔体通过转接头连接所述微量注射泵；

所述光学元件具体包括第一平面镜、第二平面镜、透镜，所述激光器发出的激光光束通过第一平面镜反射后照射于第二平面镜、再通过第二平面镜发射会照射于透镜，通过透镜发出的汇聚光束入射到试样的待加工区域；

所述电解液腔体具体为各类规格的注射器或各种容纳相关电解液的容器，其中当所述电解液腔体为各类规格的注射其时，其方便与微量注射泵和微管连接；

所述微管具体为各种材料制作而成的毛细管，所述毛细管的出液口通过热拉伸形成小径出口，当毛细管为绝缘材料时，在毛细管内***导电线并与电压源正极连接，或是在毛细管外壁沉积导电涂层并将导电涂层与电压源连接，以保证外加偏压可作用于电解液上，当毛细管为导电材料时，毛细管直接通过细导线连接电压源正极；

所述微管具体为用微机电系统工艺技术加工的包含多个微管的硅基平面微管阵列。

采用上述技术方案后，电解液腔体和微管内灌注电解液，经由平移台调控使得微管尖端逼近试样表面，微管尖端液滴在试样表面形成的弯月面、进而限制了液滴在试样表面的扩散，利于电沉积加工精度的控制；通过微管内电解质接正电位、导电试样表面为负电位，使得电沉积过程发生；激光辐照在液滴与试样的接触面上，激光热效应提高电解液中电子转移效率，加速电化学平衡电位向正向偏移并引起液滴内局部涡流搅拌，从而加速了电沉积过程；根据预设图案，协同调控电控平移台运动，实现微管和试样表面的三维相对移动，进而产生三维微纳尺度图案；其将激光辐照集成到基于微管的微区电沉积装置中，获得提升的沉积速率，并进而降低设备对位移平台精度的严苛要求，降低了设备开发成本。

附图说明

图1为本发明的装置的具体实施例结构示意图；

图2为微管尖端逼近试样表面后，电解液液滴在试样表面形成的弯月面示意图；

图3为在导电试样表面沿X方向电沉积纳米铜线的流程示意图，为了图示清楚，图中略去了电连接及电脑控制等内容。(a：毛细管尖端逼近试样表面，电解液液滴在试样表面形成弯月面；b：在激光辐照增强作用下，在液滴和试样的接触面内形成；c-d：随着X向电控平移台运动，铜层沿X向连续生长。)

图4为在导电试样表面沿Z方向(垂直试样表面方向)电沉积纳米铜线的流程示意图，为了图示清楚，图中略去了电连接及电脑控制等内容。(a：毛细管尖端逼近试样表面，电解液液滴在试样表面形成弯月面；b：在激光辐照增强作用下，在液滴和试样的接触面内形成；c-d：随着Z向电控平移台运动，铜层沿Z向连续生长。)

图中序号所对应的名称如下：

电控平移台1、位移控制器2、电流表3、电压源4、电脑5、激光器6、微管7、小径出口71、电解液腔体8、微量注射泵9、试样10、电解液11、激光光束12、汇聚光束13、手动平移台14、偏摆台15、第一平面镜16、第二平面镜17、透镜18、细导线19、液滴20、沉积铜21、铜纳米线22。

具体实施方式

一种激光增强三维微区电沉积方法：电解液腔体和微管内灌注电解液，经由平移台调控使得微管尖端逼近试样表面，微管尖端液滴在试样表面形成的弯月面、进而限制了液滴在试样表面的扩散，利于电沉积加工精度的控制；通过微管内电解质接正电位、导电试样表面为负电位，使得电沉积过程发生；激光辐照在液滴与试样的接触面上，激光热效应提高电解液中电子转移效率，加速电化学平衡电位向正向偏移并引起液滴内局部涡流搅拌，从而加速了电沉积过程；根据预设图案，协同调控电控平移台运动，实现微管和试样表面的三维相对移动，进而产生三维微纳尺度图案。

根据工作条件选取合适的激光光源，具体包括但不限于为紫外光、可见光或红外光；光源发出光束经反射镜反射和透镜汇聚后应辐照在微管尖端液滴与试样之间的接触面上或是液滴与沉积铜层的接触面上；

微管逼近试样表面时，通过光学显微镜辅助判断逼近程度，当微管尖端经由电解液滴连接试样表面后，由于试样表面的亲水性，液滴两侧在表面张力作用下形成弯月面，同时由于液滴表面张力作用也限制了弯月面沿试样表面扩散，保证了电沉积的具有足够高的几何分辨以及足够精细的加工尺寸；

微管为商品化的各类内径几十微米至几百微米的毛细管，具体包括但不限于为金属、普通玻璃、石英玻璃的材质；通过在已经成型的毛细管的一端再次拉伸制备内径更小的毛细管，从而缩小毛细管的用于滴液的管口的内径，进而利用电沉积加工精度的提高；

激光辐照的位置相对于毛细管的滴液位置保持相对静止，毛细管移动时、激光辐照的位置随着毛细管同步移动；

电沉积过程中，毛细管的滴液位置和试样表面产生相对移动；

微管的用于放置电解液的管内空间外接有微量注射泵，经由注射泵推进速率的调控，可精确调节毛细管内电解液的流出速率，进而调控电沉积速率和加工精度。

一种激光增强三维微区电沉积装置，见图1：其包括电控平移台1及位移控制器2、电流表3、电压源4、电脑5、激光器6、微管7、电解液腔体8、微量注射泵9、光学元件、试样放置台，试样10放置于试样放置台，试样10的正上方为微管7的液滴出口，电控平移台1及位移控制器2控制微管7和放置于试样放置台上的试样10进行相对位置移动，微管7的上部入液口连接有电解液腔体8，电解液腔体8上设置有微量注射泵9，电脑5控制位移控制器2驱动电控平移台1动作，电脑5分别连接电流表3、电压源4，电流表3通过导体连接位于微管7内的电解液11，电流表3与电压源4的正极连接，电压源4负极或接地端连接试样10表面的待加工区域，激光器6发出的激光光束12通过光学元件产生汇聚光束13入射到试样10的待加工区域。

电控平移台1具体为一维平移台、二维平移台或三维平移台，电控平移台1用于调控试样10的运动或调控微管7的运动，电控平移台1采用分体式结构时，部分平移台和微管7连接，部分平移台和试样10连接，工作时微管7和试样10相对运动；

当电控平移台1用于控制试样运动时，试样放置台即为电控平移台1，其还包括有手动平移台14，为了工作时微管7和试样10间距离调节方便，在电控平移台上再加装三维向的手动平移台14，作为辅助控制；

当电控平移台1用于控制试样运动时，其还包括有偏摆台15，其用于工作时试样倾角调节，偏摆台15位于平移台和试样10之间；

电解液腔体8的输出端通过转接头连接微管7，电解液腔体8通过转接头连接微量注射泵9；

光学元件具体包括第一平面镜16、第二平面镜17、透镜18，激光器6发出的激光光束12通过第一平面镜16反射后照射于第二平面镜17、再通过第二平面镜17发射会照射于透镜18，通过透镜18发出的汇聚光束13入射到试样10的待加工区域；

电解液腔体8具体为各类规格的注射器或各种容纳相关电解液的容器，其中当电解液腔体8为各类规格的注射其时，其方便与微量注射泵和微管连接；

微管7具体为各种材料制作而成的毛细管，毛细管的出液口通过热拉伸形成小径出口71，当毛细管为绝缘材料时，在毛细管内***导电线并与电压源正极连接，或是在毛细管外壁沉积导电涂层并将导电涂层与电压源连接，以保证外加偏压可作用于电解液上，当毛细管为导电材料时，毛细管直接通过细导线连接电压源正极；

微管7可以为用微机电系统工艺技术加工的包含多个微管的硅基平面微管阵列。

装置的具体实施例、见图1：根据电沉积工作原理的要求，试样表面需要电沉积加工的区域须导电，试样10固定于X、Y和Z三维电控平移台1上，为了工作时试样倾角调节，在平移台和试样10间加一偏摆台15，为了工作时微管7和试样10间距离调节方便，还可在电控平移台1上再加装三维向的手动平移台14，作为辅助控制，微管7为一毛细管，根据工作需要选取不同内径毛细管；毛细管内灌注电解液11，由于毛细管内部容量有限，为了实现更高效的电沉积，设计中毛细管经由转接头与大的电解液腔体8连通，电解液腔体8内灌注电解液11，为了控制毛细管内液滴流出速率，电解液腔体8另一端连接微量注射泵9，经由微量注射泵9推进速率的调控，可精确调节毛细管内电解液的流出速率，进而调控电沉积速率和加工精度；

细导线19一端浸入电解液11中，另一端与精密的电流表3连接，电流表3与电压源4正极连接，电压源4负极或接地端连接试样10表面的待加工区域；

激光器6经由平面镜反射和透镜汇聚后，入射到试样待加工区域。其中第一平面镜16与水平面呈45°夹角，激光器6置于平移台外，其出射光为水平方向，经由45°夹角的第一平面镜16反射后垂直向上入射到第二平面镜17，根据需要调节第二平面镜17的夹角，保证经由第二平面镜17反射的激光经由透镜会18聚后入射到试样10的待加工区域。

现按照图1所示配置，其工作流程阐述如下，对于其它可能的结构配置变更，可根据实际工作情况对工艺流程做适当变更，在此不做赘述。

(1)系统连接：电流表、电压源、位移控制器与电脑连接，并由电脑进行数据采集和系统控制。位移控制器与电控移动台连接。电解液腔体和微管经由转接头机械连接后，注入电解液。微量注射泵经由转接头与电解液腔体机械连接。细导线一端连接电解液。电流表将细导线和电压源正输入端连接。电压源负输出端(或接地端)与试样待处理的导电区域电连接。

(2)激光束斑调节：保证第一平面镜与水平向呈45°夹角，激光器输出的激光束沿水平向入射到第一平面镜并反射后入射到第二平面镜上，调节第二平面镜角度以及透镜位置，确保经过透镜的汇聚光束入射到待处理的试样表面微区位置。

(3)逼近到工作点：电压源给电解液施加一恒定直流偏压，偏压大小由具体试验条件(电解质浓度、电解质种类、沉积速率等)确定，同时监测回路电流。当微管与试样距离较远时，电解液液滴未能在两者间构成电回路，因而此时电流表仅显示噪声电流。通过三维手动平移台和三维电控平移台的协同操作，将微管和试样距离逼近到工作点。逼近到工作点的标志可由电流表显示电流来判断。当微管与试样距离足够近时，微管端部的电解液滴连通微管内部电解液(及细导线)以及试样表面，从而形成电回路，此时在电压源直流偏压下，电流表显示可观的电流值。在直流偏压作用下，电沉积过程开始。微管逼近试样表面时，经由光学显微镜辅助判断逼近程度。

(4)激光束斑微调：微调激光束斑，使聚焦光斑照射在液滴20和试样10接触微区。

(5)预设图案的电沉积：根据预先设计好的电沉积图案(可为平面或三维结构)，通过协同调控X，Y和Z的三维电控位移平台的运动(包括但不限于为移动距离、移动速度、移动步长)实现预设图案的电沉积。

(6)微管与试样分离：预设图案电沉积完成后，关闭电压源直流偏压，电沉积过程被打断，控制Z向电控平移台移开试样表面。

目前常见的毛细管内径较大，通常大于100μm。借助这类内径较大的毛细管，按照上述步骤激光增强微区电沉积获得的涂层线条最小尺寸通常在几十微米以上(略小于毛细管内径)。为了进一步减小涂层线条尺寸，提高该技术的电沉积精度和分辨率，可对毛细管做尖端锐化处理。选用普通玻璃毛细管或石英毛细管，采用加热拉伸方法实现毛细管尖端锐化。由于普通玻璃毛细管软化温度低，可采用电阻丝加热软化后拉伸方法锐化。而石英毛细管熔点较高，可采用激光聚焦加热软化后拉伸方法制备。且目前已有成熟的商品化的针对普通玻璃毛细管和石英毛细管的拉针仪，可方便实现毛细管尖端锐化处理。锐化处理后毛细管尖端直径可小于1μm。

图2所示为激光增强微区电沉积过程中毛细管尖端与试样接触区域的局部放大图，以此图说明本发明提出的激光增强微区电沉积原理。图中所示为经过尖端锐化的毛细管，可见明显的锥形拉伸段。当毛细管尖端经由电解液滴连接试样表面后，由于试样表面的亲水性，液滴两侧在表面张力作用下形成弯月面。同时由于液滴表面张力作用也限制了弯月面沿试样表面扩散，这保证了电沉积的具有足够高的几何分辨以及足够精细的加工尺寸。图2所示液滴尺寸略大于毛细管尖端尺寸。但在毛细管和试样沿三维方向相对运动过程中，弯月面尺寸变细，而且当选用低浓度的电解液电沉积时，有望获得比毛细管尖端内径略小的电沉积图案。

对于本发明中激光所起作用作如下阐述。如图2所示，激光经透镜汇聚后照射在试样待加工区域。尽管在实际工作时根据电沉积条件(电解质成分、衬底材料等)不同，可选用各类激光器，其波长范围涵盖紫外、可见到红外波段，经透镜汇聚后，由于光的干涉、衍射及透镜品质等因素影响，实际汇聚光斑尺寸要大于液滴尺寸。在传统电沉积技术中，借助激光光斑优良的定域性，传统的激光增强电沉积技术相比没有激光辐照的传统电沉积工艺，具有更高精度和分辨的图案加工能力，然而同样由于激光束斑尺寸等的限制，其加工精度和分辨率也仅有100μm左右。然而，本发明中汇聚光斑的尺寸大于试样表面液滴尺寸，因而本发明中电沉积图案的精度和分辨率主要由液滴尺寸和电沉积参数确定，激光光斑尺寸对图案分辨率和精度的影响较小。本发明中激光的主要贡献在于：激光热效应提高电解液中电子转移效率，加速电化学平衡电位向正向偏移；激光辐照在电解液中产生压力梯度，引起局部涡流搅拌。多种作用机制最终导致电沉积速率极大提升，加快了电沉积效率，同时降低了对电控位移平台位移精度的要求，降低了设备开发成本。

根据实际工作需要，电控平移台与手动平移台与试样和微管的配置可以有其它多种方式，比如：X、Y和Z向电控和手动平移台也可与微管连接，调控微管的运动；也可采用分体式设计，部分平移台与微管连接、部分平移台与试样连接，工作时微管和试样均协调运动。由于平移台与微管和试样间组合方式多样，本发明中不再一一画图说明。根据系统配置的变更，可对上述工艺流程做适当调整。

激光汇聚光束的定位对本发明激光增强效果尤为重要。激光束汇聚光斑应始终定位于液滴与试样或液滴与铜层接触面位置。在图1所示结构配置中，工作时微管固定不动而试样相对微管运动，因而通过调节汇聚光束辐照在液滴下端位置即可保证光束始终能促进电沉积过程的发生。然而在其它可能的结构配置中，尤其是工作中微管也在电控平移台调控下运动时，试样与微管在相对运动范围过大时，微管尖端液滴与试样接触区会超出激光光斑范围，从而影响激光增强效果。因而为了保证微管运动时光斑始终辐照在毛细管尖端的液滴上，光学元件(如反射镜和透镜等)应随微管同步运动，比如将光学元件与微管固定在同一电控平移台上。

本发明中毛细管可为各类材质的毛细管，包括金属毛细管、普通玻璃毛细管、石英毛细管、塑料毛细管。如采用导电的金属毛细管，则图1中所示的细导线则可直接与毛细管金属外壁电连接，而无须***电解液中。对于绝缘的毛细管材质，也可预先在绝缘毛细管外壁沉积一层导电涂层，然后将细导线直接与外壁导电涂层电连接。毛细管可进一步经由热拉伸工艺尖端锐化处理，提高微区电沉积的加工精度和分辨能力。

图1所示配置中，腔体可以为各类规格的注射器，方便与注射泵和毛细管连接；也可以是各种可以容纳相关电解液的容器。

图1所示配置中，偏摆台和三维手动平移台为可选配置，可根据工作需要取舍。三维手动平移台也可根据需要只配置其中一维或二维手动平移台。

图1所示配置中，X、Y和Z电控平移台也可根据工作需要适当取舍。比如，如果仅在水平面内实现微区电沉积，若仅需要X和Y电控平移台，Z电控平移台可换做Z向手动平移台，方便微管和试样的逼近操作。

图1所示配置中，激光光束的反射及汇聚光路，并不只局限于两个平面镜和一个透镜。在实际工作时可根据需要增减相关光学元件。光学元件的材质也需要根据激光光源性能确定，如紫外光源，需考虑石英透镜等；对于红外激光，则需考虑金反射镜及硒化锌透镜等。如果所用激光光源为紫外及红外等不可见光源，为了汇聚光束的调节方便，应在光源出射处配置一同轴可见光源作为引导光束。在实际调节时，先调控可见光源使其光束在试样待加工表面汇聚，然后再微调激光光源。

图1所示配置中，光源由侧方入射，微管处于垂直位置。通常汇聚光束垂直试样表面入射时具有最大的热效应。在实际操作中，也可根据需要，调节入射激光光束、微管与试样平面间的夹角。

采用具体实施例的装置进行电沉积的具体实施例一：

本实施例以沿X方向电沉积铜纳米线为例，阐述本发明的一个应用。

电解液为CuSO₄·5H₂O的均匀水溶液，根据沉积纳米线尺寸及速率的要求，溶质的摩尔浓度介于0.01-1M。毛细管(外径1mm，内径0.5mm)经由商品化拉针仪进行尖端锐化处理，处理后毛细管尖端外径约1μm。10mL玻璃注射器内灌入电解液，注射器通过转接头与毛细管连接，通过注射泵将注射器内的电解液管注入毛细管内并在毛细管拉伸段尖端出现微液滴。试样为没有氧化层的重掺硅片，在电沉积前，硅片经氢氟酸漂洗。0.1mm细的铜丝作为细导线一端***注射器中与电解液电接触，另一端依次与电流表、电压源、试样表面连接构成导电回路。其余部分按照图1所示将系统组装起来，其中激光光源可采用ArF准分子激光器。电压源给铜导电施加+0.6V偏压，而试样表面接地，此时由于毛细管尖端与试样距离远，未形成有效电接触，此时电流表读数为零(或极小噪声)。通过手动及电控位移平台，使得试样表面与毛细管拉伸端尖端逐渐逼近。当毛细管尖端液滴接触试样表面后(图3a)，电流表显示可观的电流值，根据电解液浓度及偏压的不同，该电流值可以为几百pA到几十nA量级。此时电沉积开始。在汇聚激光光束的增强作用下，铜沉积速率比没有激光增强时的沉积速率有数量级提升，在液体与试样表面接触微区有沉积铜21(图3b)。铜层宽度受弯月面尺寸及沉积速率限制。待一定时间后(也即等待铜层厚度到达预期值后)，X向电控平移台以每秒几百纳米至几微米的速度(与之相比，没有激光增强效果时，平移台速率一般限制在100nm/s左右，过快的速度易导致纳米线不连续)平移。X向电控平移台移动速度的选择应保证液滴在试样表面形成的弯月面沿X向连续移动。由于汇聚激光束始终辐照在毛细管尖端的液滴与试样的接触面处(图3c-d)，从而一直增强试样微区的电沉积过程。随着X向平移台的移动，所沉积的铜纳米线长度逐渐增加(图3b-d)。待长度达到预设值后，撤去直流偏压，并将毛细管尖端与试样表面分离，最终实现了X向铜纳米线的制备。

采用具体实施例的装置进行电沉积的具体实施例二：

本实施例以沿垂直于试样表面方向电沉积铜纳米线为例，阐述本发明在垂直纳米线生长中的应用。

所用试剂、材料及系统配置与具体实施例一中相同。逼近操作前，调节汇聚后的激光光斑辐照在毛细管尖端液滴20与试样10表面的接触面。然后，按照实施例1，铜丝正偏压下将毛细管逼近试样表面，直至电流表检测到可观示数(图4a)。电沉积过程开始，铜层沉积在试样表面、形成沉积铜21(图4b)。随后，电脑控制Z向电控平台以每秒几百纳米至几微米的速率缓慢沿垂直试样表面方向运动(速度的选择应保证液滴和已沉积铜层间的弯月面不被打断)，使得试样逐渐远离毛细管尖端。由于液滴20与已沉积铜层间亲水作用，弯月面没有被打断，在直流偏压和汇聚光束协同作用下，电沉积过程继续，从而生长出垂直试样表面方向的铜纳米线22(图4c-d)。图4b-d也显示，在铜纳米线生长过程中，汇聚光束始终辐照在液滴/铜层界面处。待纳米线高度达到预设值后，撤去偏压，并使毛细管与试样表面远离，沉积过程结束。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。