隨著電子束光刻技術和電感耦合等離子體(ICP)刻蝕技術的出現(xiàn),平面微納加工工藝正在推動以單電子器件與自旋電子器件為代標的新一代納米電子學的發(fā)展.當微納加工技術應用到光電子領域,就形成了新興的納米光電子技術,主要研究納米結構中光與電子相互作用及其能量互換的技術.納米光電子技術在過去的十多年里,一方面,以低維結構材料生長和能帶工程為基礎的納米制造技術有了長足的發(fā)展,包括分子束外延(MBE)、金屬有機化學氣相淀積(MOCVD)和化學束外延(CBE),使得在晶片表面外延生長方向(直方向)的外延層精度控制到單個原子層,從而獲得了具有量子尺寸效應的半導體材料;另一方面,平面納米加工工藝實現(xiàn)了納米尺度的光刻和橫向刻蝕,使得人工橫向量子限制的量子線與量子點的制作成為可能.同時,光子晶體概念的出現(xiàn),使得納米平面加工工藝廣的地應用到光介質材料折射率周期性的改變中。 微納加工技術的特點MEMS技術適合批量生產!阜陽鍍膜微納加工
微納加工可以滿足高精度三維結構制備、多材料微納結構加工以及器件成型與集成的加工需求,因此,在各類微納結構化功能部件的研制中展現(xiàn)出了很大的技術優(yōu)勢。目前,飛秒激光已經廣泛應用于多個前沿科學領域。利用飛秒激光可以制備各種微光學器件,如微透鏡陣列、仿生復眼、光波導和超表面等。吉林大學研究團隊利用雙光子聚合技術制備了一種基于仿生蛋白質的微透鏡,該透鏡在外界刺激下可動態(tài)調節(jié)焦距,同時具有獨特的伸縮性、良好的生物相容性和生物可降解性;進一步該團隊利用激光加工技術制備了可變焦的仿生復眼,實現(xiàn)了大視場變焦成像的功能,如圖1所示。利用其高精度、高分辨率和三維加工能力,飛秒激光加工技術成為制備三維微流控芯片的強大工具。阜陽鍍膜微納加工微納加工包括光刻、磁控濺射、電子束蒸鍍、濕法腐蝕、干法腐蝕、表面形貌測量等。
光刻是半導體制造中常用的技術之一,是現(xiàn)代光電子器件制造的基礎。實際應用中存在兩個主要挑戰(zhàn):一是與FIB和EBL相比,分辨率還不夠高;二是由于直接的激光寫入器逐點生成圖案,因此吞吐量是一個很大的挑戰(zhàn)。對于上述兩個挑戰(zhàn):分辨率方面,一是可以通過原子力顯微鏡(AFM)或掃描近場顯微鏡(SNOM)等近場技術來提高,二是可以通過使用短波長光源來提高,三是可以通過非線性吸收實現(xiàn)超分辨率成像或制造;制造速度方面,除了工程學方法外,隨著激光技術的發(fā)展,主要是提出了包括自組裝微球激光加工、激光干涉光刻、多焦陣列激光直寫等并行激光加工方法來提高制造速度。并行激光加工技術可以將二維加工技術擴展到三維加工,為未來微納加工技術的發(fā)展提供新的方向;同時可以地廣泛應用于傳感、太陽能電池和超材料領域的表面處理和功能器件制造,對生物醫(yī)學器件制造、光通信、傳感、以及光譜學等領域得發(fā)展研究具有重要意義。
在微納加工過程中,薄膜的形成方法主要為物理沉積、化學沉積和混合方法沉積。蒸發(fā)沉積(熱蒸發(fā)、電子束蒸發(fā))和濺射沉積是典型的物理方法,主要用于沉積金屬單質薄膜、合金薄膜、化合物等。熱蒸發(fā)是在高真空下,利用電阻加熱至材料的熔化溫度,使其蒸發(fā)至基底表面形成薄膜,而電子束蒸發(fā)為使用電子束加熱;磁控濺射在高真空,在電場的作用下,Ar氣被電離為Ar離子高能量轟擊靶材,使靶材發(fā)生濺射并沉積于基底;磁控濺射方法沉積的薄膜純度高、致密性好,熱蒸發(fā)主要用于沉積低熔點金屬薄膜或者厚膜;化學氣相沉積(CVD)是典型的化學方法而等離子體增強化學氣相沉積(PECVD)是物理與化學相結合的混合方法,CVD和PECVD主要用于生長氮化硅、氧化硅等介質膜。微納加工技術對現(xiàn)代的生活、生產產生了巨大的促進作用,并催生了一批新興產業(yè)。
高精度的微細結構可以通過電子束直寫或激光直寫制作,這類光刻技術,像“寫字”一樣,通過控制聚焦電子束(光束)移動書寫圖案進行曝光,具有很高的曝光精度,但這兩種方法制作效率極低,尤其在大面積制作方面捉襟見肘,目前直寫光刻技術適用于小面積的微納結構制作。近年來,三維浮雕微納結構的需求越來越大,如閃耀光柵、菲涅爾透鏡、多臺階微光學元件等。據(jù)悉,蘋果公司新上市的手機產品中人臉識別模塊就采用了多臺階微光學元件,以及當下如火如荼的無人駕駛技術中激光雷達光學系統(tǒng)也用到了復雜的微光學元件。這類精密的微納結構光學元件需采用灰度光刻技術進行制作。直寫技術,通過在光束移動過程中進行相應的曝光能量調節(jié),可以實現(xiàn)良好的灰度光刻能力。微納加工平臺包括光刻、磁控濺射、電子束蒸鍍、濕法腐蝕、干法腐蝕、表面形貌測量!上饒全套微納加工
目前微納制造領域較常用的一種微細加工技術是LIGA!阜陽鍍膜微納加工
淺談表面功能微納結構及其加工方法:目前可以實現(xiàn)表面微納結構的加工方法主要有以下幾種。(1)光刻技術,利用電子束或激光光束可以得到加工尺寸在幾十納米的微納結構,該方法優(yōu)勢在于精度高,得到的微納結構形狀可以得到很好的控制;(2)飛秒激光加工技術,由于飛秒激光具有不受衍射極限限制的特點,可以加工出遠小于光斑直徑的尺寸,研究人員通過試驗發(fā)現(xiàn),采用飛秒激光加工出10nm寬的納米線,在微納加工領域具有獨特優(yōu)勢。另外飛秒激光雙分子聚合技術可以實現(xiàn)納米尺寸結構的加工;(3)自組裝工藝,光刻與自組裝和刻蝕工藝結合,通過自組裝工藝,可以得到6nm左右的納米孔。(4)等離子刻蝕技術,等離子刻蝕技術是應用廣的微納米加工手段,加工精度高,是集成電路制造中關鍵的工藝之一。(5)沉積法,主要包括物相沉積和化學氣相沉積,該方法主要是利用氣相發(fā)生的物理化學過程,在工件表面形成功能型或裝飾性的金屬,可以用來實現(xiàn)微納米結構涂層的制造。(6)微納增材制造技術,微納增材制造技術主要指微納尺度電噴增材制造和微激光增材制造技術,由于微納增材技術可以不受形狀限制,可多材料協(xié)同制造,具有較大的發(fā)展前景。除以上幾種加工技術外。 阜陽鍍膜微納加工
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