MEMS(微机电系统),是指以微型化、系统化的理论为指导,通过半导体制造等微纳加工手段,形成特征尺度为微纳米量级的系统装置。相对于先进的集成电路(IC)制造工艺(遵循摩尔定律),MEMS制造工艺不单纯追求线宽而注重功能特色化,即利用微纳结构或/和敏感材料实现多种传感和执行功能,工艺节点通常从500nm到110nm,衬底材料也不局限硅,还包括玻璃、聚合物、金属等。由MEMS技术构建的产品往往具有体积小、重量轻、功耗低、成本低等优点,已广泛应用于汽车、手机、工业、医疗、**、航空航天等领域。广东省科学院半导体研究所微纳加工平台,面向半导体光电子器件、功率电子器件、MEMS、生物芯片等前沿领域,致力于打造的公益性、开放性、支撑性枢纽中心。平台拥有半导体制备工艺所需的整套仪器设备,建立了一条实验室研发线和一条中试线,加工尺寸覆盖2-6英寸(部分8英寸),同时形成了一支与硬件有机结合的专业人才队伍。平台当前紧抓技术创新和公共服务,面向国内外高校、科研院所以及企业提供开放共享,为技术咨询、创新研发、技术验证以及产品中试提供技术支持。 微纳加工技术的特点多学科交叉。宜春微纳加工
微纳加工大致可以分为“自上而下”和“自下而上”两类。“自上而下”是从宏观对象出发,以光刻工艺为基础,对材料或原料进行加工,小结果尺寸和精度通常由光刻或刻蚀环节的分辨力决定。“自下而上”技术则是从微观世界出发,通过控制原子、分子和其他纳米对象的相互作用力将各种单元构建在一起,形成微纳结构与器件。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。 安康微纳加工应用应用于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!
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。
当微纳加工技术应用到光电子领域,就形成了新兴的纳米光电子技术,主要研究纳米结构中光与电子相互作用及其能量互换的技术.纳米光电子技术在过去的十多年里,一方面,以低维结构材料生长和能带工程为基础的纳米制造技术有了长足的发展,包括分子束外延(MBE)、金属有机化学气相淀积(MOCVD)和化学束外延(CBE),使得在晶片表面外延生长方向(直方向)的外延层精度控制到单个原子层,从而获得了具有量子尺寸效应的半导体材料;另一方面,平面纳米加工工艺实现了纳米尺度的光刻和横向刻蚀,使得人工横向量子限制的量子线与量子点的制作成为可能.同时,光子晶体概念的出现,使得纳米平面加工工艺广地应用到光介质材料折射率周期性的改变中。高精度的微细结构通过控制聚焦电子束(光束)移动书写图案进行曝光!
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。黄冈微纳加工应用
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!宜春微纳加工
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。宜春微纳加工
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