在微电子与光电子集成中,薄膜的形成方法主要有两大类,及沉积和外延生长。沉积技术分为物理沉积、化学沉积和混合方法沉积。蒸发沉积(热蒸发、电子束蒸发)和溅射沉积是典型的物理方法;化学气相沉积是典型的化学方法;等离子体增强化学气相沉积是物理与化学方法相结合的混合方法。薄膜沉积过程,通常生成的是非晶膜和多晶膜,沉积部位和晶态结构都是随机的,而没有固定的晶态结构。外延生长实质上是材料科学的薄膜加工方法,其含义是:在一个单晶的衬底上,定向地生长出与基底晶态结构相同或相似的晶态薄层。其他薄膜成膜方法,如电化学沉积、脉冲激光沉积法、溶胶凝胶法、自组装法等,也都广用于微纳制作工艺中。不同的表面微纳结构可以呈现出相应的功能,随着科技的发展,不同功能的微纳结构及器件将会得到更多的应用。目前表面功能微纳结构及器件,诸如超材料、超表面等充满“神奇”力量的结构或器件,的发展仍受到微纳加工技术的限制。因此,研究功能微纳结构及器件需要从微纳结构的加工技术方面进行广深入的研究,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。在我国,微纳制造技术同样是重点发展方向之一。衢州半导体微纳加工
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。 微纳加工价钱通过光刻技术制作出的微纳结构需进一步通过刻蚀或者镀膜,才可获得所需的结构或元件。
电子束的能量越高,束斑的直径就越小,比如10keV的电子束斑直径为4nm,20keV时就减小到2nm。电子束的扫描步长由束斑直径所限制。步长过大,不能实现紧密地平面束扫描;步长过小,电子束扫描区域会受到过多的电子散射作用。电子束流剂量由电子束电流强度和驻留时间所决定。电子束流剂量过小,抗蚀剂不能完全感光;电子束流剂量过大,图形边缘的抗蚀剂会受到过多的电子散射作用。由于高能量的电子波长要比光波长短成百上千倍,因此限制分辨率的不是电子的衍射,而是各种电子像散和电子在抗蚀剂中的散射。电子散射会使图形边缘内侧的电子能量和剂量降低,产生内邻近效应;同时散射的电子会使图形边缘外侧的抗蚀剂感光,产生外邻近效应。内邻近效应使垂直的图形拐角圆弧化,而外邻近效应使相邻的图形边缘趋近和模糊。
皮秒激光精密微孔加工应用作为一种激光精密加工技术,皮秒激光在对高硬度金属微孔加工方面的应用早在20世纪90年代初就有报道。1996年德国学者Chichkov等研究了纳秒、皮秒以及飞秒激光与材料的作用机理,并在真空靶室中对厚度100μm的不锈钢进行了打孔实验,建立了激光微纳加工的理论模型,为后续的激光微纳加工实验研究奠定了坚实的理论基础。1998年Jandeleit等对厚度为250nm的铜膜进行了精密制孔实验,实验指出使用同一脉宽的皮秒激光器对厚度较薄的金属材料制孔时,采用高峰值功率更有可能获得高质量的的制孔效果。然而,优异的加工效果不仅取决于脉冲宽度以及峰值功率,制孔方式也是一个至关重要的因素,针对这一问题,Fohl等采用纳秒激光与飞秒激光对制孔方式进行了深入研究,实验结果显示纳秒激光采用螺旋制孔方式所加工的微孔整洁干净,而飞秒激光采用一般的冲击制孔方式所加工的微孔边缘有明显的再铸层。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。
在过去的二十年中,微机电系统、微系统、微机械及其子领域,微流体学片上实验室,光学MEMS、RFMEMS、PowerMEMS、BioMEMS及其扩展到纳米级(例如,用于纳米机电系统的NEMS)已经重新使用,调整或扩展了微制造方法。平板显示器和太阳能电池也正在使用类似的技术。各种设备的小型化在科学与工程的许多领域提出了挑战:物理、化学、材料科学、计算机科学、超精密工程、制造工艺和设备设计。它也引起了各种各样的跨学科研究。微纳加工的主要概念和原理是微光刻、掺杂、薄膜、蚀刻、粘接和抛光。新一代微纳制造系统应满足的要求:能生产多种多样高度复杂的微纳产品!本溪微纳加工
在硅材料刻蚀当中,硅针的刻蚀需要用到各向同性刻蚀,硅柱的刻蚀需要用到各项异性刻蚀!衢州半导体微纳加工
纳秒和飞秒之间,皮秒激光微纳加工应用独具优势!与传统的微纳加工技术相比,激光微纳加工具有如下独特的优点:非接触加工不损坏工具、能量可调、加工方式灵活、可实现柔性加工等。其中全固态皮秒激光具有极窄的脉冲宽度(皮秒)、极高的峰值功率(兆瓦)以及优异的光束质量,被广泛应用于各种金属、非金属材料的精密加工。研究表明,脉冲宽度高于10ps的皮秒激光加工过程中有明显的热效应存在,而且随着激光与材料作用时间的增加,工件表面会产生微裂纹以及再铸层;脉冲宽度低于5ps的皮秒激光与材料作用时会产生非线性效应,这对金属材料的加工非常不利。因此,适合微纳精密加工用的皮秒激光的脉冲宽度在5~10ps之间。为了提高加工效率,重复频率一般设定在十万赫兹量级,而平均功率则根据所加工材料的烧蚀阈值而定。衢州半导体微纳加工
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