浅谈表面功能微纳结构及其加工方法:目前可以实现表面微纳结构的加工方法主要有以下几种。(1)光刻技术,利用电子束或激光光束可以得到加工尺寸在几十纳米的微纳结构,该方法优势在于精度高,得到的微纳结构形状可以得到很好的控制;(2)飞秒激光加工技术,由于飞秒激光具有不受衍射极限限制的特点,可以加工出远小于光斑直径的尺寸,研究人员通过试验发现,采用飞秒激光加工出10nm宽的纳米线,在微纳加工领域具有独特优势。另外飞秒激光双分子聚合技术可以实现纳米尺寸结构的加工;(3)自组装工艺,光刻与自组装和刻蚀工艺结合,通过自组装工艺,可以得到6nm左右的纳米孔。(4)等离子刻蚀技术,等离子刻蚀技术是应用广的微纳米加工手段,加工精度高,是集成电路制造中关键的工艺之一。(5)沉积法,主要包括物相沉积和化学气相沉积,该方法主要是利用气相发生的物理化学过程,在工件表面形成功能型或装饰性的金属,可以用来实现微纳米结构涂层的制造。(6)微纳增材制造技术,微纳增材制造技术主要指微纳尺度电喷增材制造和微激光增材制造技术,由于微纳增材技术可以不受形状限制,可多材料协同制造,具有较大的发展前景。除以上几种加工技术外。 提高微纳加工技术的加工能力和效率是未来微纳结构及器件研究的重点方向!秦皇岛MENS微纳加工
微纳加工中蒸镀的物理过程包括:沉积材料蒸发或升华为气态粒子→气态粒子快速从蒸发源向基片表面输送→气态粒子附着在基片表面形核、长大成固体薄膜→薄膜原子重构或产生化学键合。将衬底放入真空室内,以电阻、电子束、激光等方法加热膜料,使膜料蒸发或升华,气化为具有一定能量(~eV)的粒子(原子、分子或原子团)。气态粒子以基本无碰撞的直线运动飞速传送至衬底,到达衬底表面的粒子一部分被反射,另一部分吸附在衬底上并发生表面扩散,沉积原子之间产生二维碰撞,形成簇团,有的可能在表面短时停留后又蒸发。粒子簇团不断地与扩散粒子相碰撞,或吸附单粒子,或放出单粒子。此过程反复进行,当聚集的粒子数超过某一临界值时就变为稳定的核,再继续吸附扩散粒子而逐步长大,终通过相邻稳定核的接触、合并,形成连续薄膜。膜方法简单、薄膜纯度和致密性高、膜结构和性能独特等优点。所谓溅射镀膜是指在真空室中,利用荷能粒子(如正离子)轰击靶材,使靶材表面原子或原子团逸出,逸出的原子在工件的表面形成与靶材成分相同的薄膜,这种制备薄膜的方法称为溅射镀膜。目前,溅射法主要用于形成金属或合金薄膜,特别是用于制作电子元件的电极和玻璃表面红外线反射薄膜。 安阳微纳加工器件微纳制造技术研发和应用标志着人类可以在微、纳米尺度认识和改造世界。
微纳加工:干法刻蚀VS湿法刻蚀!刻蚀工艺:用化学或物理方法有选择性地从某一材料表面去除不需要那部分的过程,获得目标图形。在半导体制造中有两种基本的刻蚀工艺:干法刻蚀和湿法刻蚀。干法刻蚀的刻蚀剂是等离子体,是利用等离子体和表面薄膜反应,形成挥发性物质,或直接轰击薄膜表面使之被刻蚀的工艺。特点:能实现各向异性刻蚀,从而保证细小图形转移后的保真性。缺点:造价高。湿法刻蚀是通过化学刻蚀液和被刻蚀物质之间的化学反应将被刻蚀物质剥离下来的方法。大多数湿法刻蚀是不容易控制的各向同性刻蚀。特点:适应性强,表面均匀性好、对硅片损伤少,几乎适用于所有的金属、玻璃、塑料等材料。缺点:图形刻蚀保真想过不理想,刻蚀图形的小线难以掌控。
光刻是半导体制造中常用的技术之一,是现代光电子器件制造的基础。实际应用中存在两个主要挑战:一是与FIB和EBL相比,分辨率还不够高;二是由于直接的激光写入器逐点生成图案,因此吞吐量是一个很大的挑战。对于上述两个挑战:分辨率方面,一是可以通过原子力显微镜(AFM)或扫描近场显微镜(SNOM)等近场技术来提高,二是可以通过使用短波长光源来提高,三是可以通过非线性吸收实现超分辨率成像或制造;制造速度方面,除了工程学方法外,随着激光技术的发展,主要是提出了包括自组装微球激光加工、激光干涉光刻、多焦阵列激光直写等并行激光加工方法来提高制造速度。并行激光加工技术可以将二维加工技术扩展到三维加工,为未来微纳加工技术的发展提供新的方向;同时可以地广泛应用于传感、太阳能电池和超材料领域的表面处理和功能器件制造,对生物医学器件制造、光通信、传感、以及光谱学等领域得发展研究具有重要意义。 微纳加工技术的特点:微型化。
作为前沿加工技术,飞秒激光加工具有热影响区小、与材料相互作用呈非线性过程、超出衍射极限的高分辨率加工等特点,可以实现对各种材料的高质量、高精度微纳米加工和三维微纳结构制造。飞秒激光对材料的加工方式灵活多样,既可实现增材、减材和等材制造,又能够以激光直写和激光并行加工的方式制备微纳结构。其中,飞秒激光直写通常用于复杂、不规则的微纳结构加工,具有较高的空间分辨率、加工灵活性和自由度,然而鉴于其逐点加工的技术特点,加工效率较低;飞秒激光并行加工包括基于数字微镜器件的光刻技术、空间光调制器和激光干涉加工等方法,具有较高的加工效率,但无法加工任意三维微结构。飞秒激光加工方式各有优缺点,可以根据应用中的实际需求来选择合适的加工技术。微纳结构器件是系统重要的组成部分,其制造的质量、效率和成本直接影响着行业的发展!秦皇岛MENS微纳加工
湿法刻蚀较普遍、也是成本较低的刻蚀方法!秦皇岛MENS微纳加工
激光微纳加工技术的实现方式:接触式并行激光加工技术是指利用微球体颗粒进行激光图案化。微球激光纳米加工的机理。微球激光纳米加工技术初源于对激光清洁领域的研究。研究发现,基底上的微小球形颗粒在脉冲激光照射后,基底上球形颗粒的中心位置能够产生亚波长尺寸的微/纳孔。对于金属颗粒而言,这是由于颗粒与基底之间的LSPR产生的强电磁场增强造成的;对于介质颗粒而言,由于其大半部分是透明的,可以将透明颗粒看成为微球透镜,入射光在微球形透镜的底面实现聚焦而引起的电磁场增强。这一过程可以实现入射光强度的60倍增强。通过对微球的直径,折射率,环境以及入射的激光强度进行设计,可以实现在基底上烧蚀出亚波长尺寸的微/纳孔。微球激光纳米加工的实现方式对于微球激光纳米加工技术,根据操纵微球颗粒排列方式的不同,可以分为两类:一是利用光镊技术操纵微球体颗粒以制造任意图案;二是利用自组装技术制造微球体阵列掩模。这种基于微球体的并行激光加工是纳米制造中一种比较经济的方法。 秦皇岛MENS微纳加工
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