高精度的微细结构可以通过电子束直写或激光直写制作,这类光刻技术,像“写字”一样,通过控制聚焦电子束(光束)移动书写图案进行曝光,具有比较高的曝光精度,但这两种方法制作效率极低,尤其在大面积制作方面捉襟见肘,目前直写光刻技术*适用于小面积的微纳结构制作。近年来,三维浮雕微纳结构的需求越来越大,如闪耀光栅、菲涅尔透镜、多台阶微光学元件等。据悉,某公司新上市的手机产品中人脸识别模块就采用了多台阶微光学元件,以及当下如火如荼的无人驾驶技术中激光雷达光学系统也用到了复杂的微光学元件。这类精密的微纳结构光学元件需采用灰度光刻技术进行制作。直写技术,通过在光束移动过程中进行相应的曝光能量调节,可以实现良好的灰度光刻能力。微纳加工涉及领域广、多学科交叉融合,其较主要的发展方向是微纳器件与系统(MEMS)。延安微纳加工工艺流程
在微纳加工过程中,薄膜的形成方法主要为物理沉积、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,主要用于沉积金属单质薄膜、合金薄膜、化合物等。热蒸发是在高真空下,利用电阻加热至材料的熔化温度,使其蒸发至基底表面形成薄膜,而电子束蒸发为使用电子束加热;磁控溅射在高真空,在电场的作用下,Ar气被电离为Ar离子高能量轰击靶材,使靶材发生溅射并沉积于基底;磁控溅射方法沉积的薄膜纯度高、致密性好,热蒸发主要用于沉积低熔点金属薄膜或者厚膜;化学气相沉积(CVD)是典型的化学方法而等离子体增强化学气相沉积(PECVD)是物理与化学相结合的混合方法,CVD和PECVD主要用于生长氮化硅、氧化硅等介质膜。金华微纳加工微纳制造技术是由零件构成的部件或系统的设计、加工、组装、集成与应用技术。
基于光刻工艺的微纳加工技术主要包含以下过程:掩模(mask)制备、图形形成及转移(涂胶、曝光、显影)、薄膜沉积、刻蚀、外延生长、氧化和掺杂等。在基片表面涂覆一层某种光敏介质的薄膜(抗蚀胶),曝光系统把掩模板的图形投射在(抗蚀胶)薄膜上,光(光子)的曝光过程是通过光化学作用使抗蚀胶发生光化学作用,形成微细图形的潜像,再通过显影过程使剩余的抗蚀胶层转变成具有微细图形的窗口,后续基于抗蚀胶图案进行镀膜、刻蚀等可进一步制作所需微纳结构或器件。
微纳加工技术的特点:(1)微型化:MEMS体积小(芯片的特征尺寸为纳米/微米级)、微纳结构器件研发质量轻、功耗低、惯性小、谐振频率高、响应时间短。例如,一个压力成像器的微系统,含有1024个微型压力传感器,整个膜片尺寸*为10mm×10mm,每个压力芯片尺寸为50μm×50μm。(2)多样化:MEMS包含有数字接口、自检、自调整和总线兼容等功能,具备在网络中应用的基本条件,具有标准的输出,便于与系统集成在一起,而且能按照需求,灵活地设计制造更多化的MEMS。光刻胶是微纳加工中微细图形加工的关键材料之一。
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。机械微加工是微纳制造中较方便,也较接近传统材料加工方式的微成型技术。金华微纳加工
湿法刻蚀较普遍、也是成本较低的刻蚀方法。延安微纳加工工艺流程
微纳制造技术是指尺度为毫米、微米和纳米量级的零件,以及由这些零件构成的部件或系统的设计、加工、组装、集成与应用技术。传统“宏”机械制造技术已不能满足这些“微”机械和“微”系统的高精度制造和装配加工要求,必须研究和应用微纳制造的技术与方法。微纳制造技术是微传感器、微执行器、微结构和功能微纳系统制造的基本手段和重要基础。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普遍深入的研究,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。延安微纳加工工艺流程