广东省科学院半导体研究所致力于推动微纳加工技术的研发与产业化,为欧洲的微纳产品制造商及设备供应商提供技术支撑,帮助他们在关键技术领域建立、维持全球地位。 广东省科学院半导体研究所发布的微纳加工技术前景展望总结了其战略研究议程(SRA)的要点,确定出微纳加工发展的新趋势,为维持和进一步增强欧洲工业在微纳加工技术领域中的地位,提供了未来投资和研发战略指导。从短期来看,微纳加工技术不会对环境和能源成本产生重大的影响。受到当前加工技术的限制,这些技术在早期的发晨阶段往往会有较高的能源成本。与此同时,微纳加工一旦成熟,将会消耗更少的能源与资源,就此而言,微纳加工无凝是一项令人振奋的技术。例如,与去除边角料获得终产品不同的是,微纳加工采用的积层法将会使得废料更少。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!阳泉微纳加工
美国在微纳加工技术的发展中发挥着主导作用。由于电子技术、计算机技术、航空航天技术和激光技术的需要,美国于1962年开发了金刚石刀具超精细切割机床,解决了激光核聚变反射镜、天体望远镜等光学部件和计算机磁盘加工,奠定了微加工技术的基础,随后西欧和日本微加工技术发展迅速。微纳加工技术是一种新兴的综合加工技术。它整合了现代机械、光学、电子、计算机、测量和材料等先进技术成果,使加工精度从20世纪60年代初的微米水平提高到目前的10m水平,在几十年内提高了1~2个数量级,很大程度提高了产品的性能和可靠性。目前,微纳加工技术已成为国家科技发展水平的重要标志。随着各种新型功能陶瓷材料的成功开发和以这些材料为关键部件的各种装置的高性能,功能陶瓷元件的加工精度达到纳米级甚至更高,有效地促进了微纳加工技术的进步。近年来,纳米技术的出现挑战了微纳加工的极限加工精度一一原子级加工。阳泉微纳加工未来几年微纳制造系统和平台的发展前景包括的方面:智能的、可升级的和适应性强的微纳制造系统。
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。
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。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。
微纳加工可以满足高精度三维结构制备、多材料微纳结构加工以及器件成型与集成的加工需求,因此,在各类微纳结构化功能部件的研制中展现出了很大的技术优势。目前,飞秒激光已经广泛应用于多个前沿科学领域。利用飞秒激光可以制备各种微光学器件,如微透镜阵列、仿生复眼、光波导和超表面等。吉林大学研究团队利用双光子聚合技术制备了一种基于仿生蛋白质的微透镜,该透镜在外界刺激下可动态调节焦距,同时具有独特的伸缩性、良好的生物相容性和生物可降解性;进一步该团队利用激光加工技术制备了可变焦的仿生复眼,实现了大视场变焦成像的功能,如图1所示。利用其高精度、高分辨率和三维加工能力,飞秒激光加工技术成为制备三维微流控芯片的强大工具。应用于MEMS制作的衬底可以说是各种各样的,如硅晶圆、玻璃晶圆、塑料、还其他的材料!济宁电子微纳加工
湿法刻蚀较普遍、也是成本较低的刻蚀方法!阳泉微纳加工
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,具有很高的曝光精度,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,苹果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。 阳泉微纳加工
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