在過(guò)去的二十年中,,微機(jī)電系統(tǒng),、微系統(tǒng),、微機(jī)械及其子領(lǐng)域,,微流體學(xué)片上實(shí)驗(yàn)室,光學(xué)MEMS,、RFMEMS,、PowerMEMS,、BioMEMS及其擴(kuò)展到納米級(jí)(例如,用于納米機(jī)電系統(tǒng)的NEMS)已經(jīng)重新使用,,調(diào)整或擴(kuò)展了微制造方法。平板顯示器和太陽(yáng)能電池也正在使用類似的技術(shù),。各種設(shè)備的小型化在科學(xué)與工程的許多領(lǐng)域提出了挑戰(zhàn):物理,、化學(xué)、材料科學(xué),、計(jì)算機(jī)科學(xué),、超精密工程、制造工藝和設(shè)備設(shè)計(jì),。它也引起了各種各樣的跨學(xué)科研究,。微納加工的主要概念和原理是微光刻、摻雜,、薄膜,、蝕刻、粘接和拋光,。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(cè)量等,。鄂州微納加工器件封裝
作為前沿加工技術(shù),,飛秒激光加工具有熱影響區(qū)小、與材料相互作用呈非線性過(guò)程,、超出衍射極限的高分辨率加工等特點(diǎn),,可以實(shí)現(xiàn)對(duì)各種材料的高質(zhì)量、高精度微納米加工和三維微納結(jié)構(gòu)制造,。飛秒激光對(duì)材料的加工方式靈活多樣,,既可實(shí)現(xiàn)增材、減材和等材制造,,又能夠以激光直寫和激光并行加工的方式制備微納結(jié)構(gòu),。其中,飛秒激光直寫通常用于復(fù)雜,、不規(guī)則的微納結(jié)構(gòu)加工,,具有較高的空間分辨率、加工靈活性和自由度,,然而鑒于其逐點(diǎn)加工的技術(shù)特點(diǎn),,加工效率較低,;飛秒激光并行加工包括基于數(shù)字微鏡器件的光刻技術(shù)、空間光調(diào)制器和激光干涉加工等方法,,具有較高的加工效率,,但無(wú)法加工任意三維微結(jié)構(gòu)。飛秒激光加工方式各有優(yōu)缺點(diǎn),,可以根據(jù)應(yīng)用中的實(shí)際需求來(lái)選擇合適的加工技術(shù),。茂名量子微納加工新一代微納制造系統(tǒng)應(yīng)滿足的要求:能生產(chǎn)多種多樣高度復(fù)雜的微納產(chǎn)品!
濺射鍍膜有兩種方式:一種稱為離子束濺射,,指真空狀態(tài)下用離子束轟擊靶表面,,使濺射出的粒子在基體表面成膜,該工藝較為昂貴,,主要用于制取特殊的薄膜,;另一種稱為陰極濺射,主要利用低壓氣體放電現(xiàn)象,,使處于等離子狀態(tài)下的離子轟擊靶面,,濺射出的粒子沉積在基體上。它采用平行板電極結(jié)構(gòu),,膜料物質(zhì)做成的大面積靶為陰極,,支持基體的基板為陽(yáng)極,安裝于鐘罩式真空容器內(nèi),。為減少污染,,先將鐘罩內(nèi)的壓強(qiáng)抽到小于10-3~10-4Pa,然后充入Ar氣,,使壓強(qiáng)維持在1~10Pa,。在兩極之間加數(shù)千伏的電壓進(jìn)行濺射鍍膜。與蒸發(fā)鍍膜相比,,濺射鍍膜時(shí)靶材(膜料)無(wú)相變,,化合物成分穩(wěn)定,合金不易分餾,,因此適合制備的膜材非常廣,。由于濺射沉積到襯底上的粒子能量比蒸發(fā)時(shí)的能量高50倍,它們對(duì)襯底有清洗和升溫作用,,所以形成的薄膜附著力大,。特別是濺射鍍膜容易控制膜的成分,通過(guò)直接濺射或者反應(yīng)濺射,,可以制備大面積均勻的各種合金膜,、化合物膜、多層膜和復(fù)合膜,。濺射鍍膜易實(shí)現(xiàn)連續(xù)化,、自動(dòng)化作業(yè)和規(guī)?;a(chǎn)。但是,,由于濺射時(shí)要使用高電壓和氣體,,所以裝置比較復(fù)雜,薄膜易受濺射氣氛的影響,,薄膜沉積速率也較低,。此外,濺射鍍膜需要事先制備各種成分的靶,,裝卸靶不太方便。
微納加工可以滿足高精度三維結(jié)構(gòu)制備,、多材料微納結(jié)構(gòu)加工以及器件成型與集成的加工需求,,因此,在各類微納結(jié)構(gòu)化功能部件的研制中展現(xiàn)出了很大的技術(shù)優(yōu)勢(shì),。目前,,飛秒激光已經(jīng)廣泛應(yīng)用于多個(gè)前沿科學(xué)領(lǐng)域。利用飛秒激光可以制備各種微光學(xué)器件,,如微透鏡陣列,、仿生復(fù)眼、光波導(dǎo)和超表面等,。吉林大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)利用雙光子聚合技術(shù)制備了一種基于仿生蛋白質(zhì)的微透鏡,,該透鏡在外界刺激下可動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)焦距,同時(shí)具有獨(dú)特的伸縮性,、良好的生物相容性和生物可降解性,;進(jìn)一步該團(tuán)隊(duì)利用激光加工技術(shù)制備了可變焦的仿生復(fù)眼,實(shí)現(xiàn)了大視場(chǎng)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(shù)成為制備三維微流控芯片的強(qiáng)大工具,。高精度的微細(xì)結(jié)構(gòu)可以通過(guò)電子束直寫或激光直寫制作!
在微電子與光電子集成中,,薄膜的形成方法主要有兩大類,,及沉積和外延生長(zhǎng)。沉積技術(shù)分為物理沉積,、化學(xué)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,;化學(xué)氣相沉積是典型的化學(xué)方法,;等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積是物理與化學(xué)方法相結(jié)合的混合方法,。薄膜沉積過(guò)程,通常生成的是非晶膜和多晶膜,,沉積部位和晶態(tài)結(jié)構(gòu)都是隨機(jī)的,,而沒(méi)有固定的晶態(tài)結(jié)構(gòu)。外延生長(zhǎng)實(shí)質(zhì)上是材料科學(xué)的薄膜加工方法,,其含義是:在一個(gè)單晶的襯底上,,定向地生長(zhǎng)出與基底晶態(tài)結(jié)構(gòu)相同或相似的晶態(tài)薄層。其他薄膜成膜方法,,如電化學(xué)沉積,、脈沖激光沉積法、溶膠凝膠法,、自組裝法等,,也都廣用于微納制作工藝中。在微納加工過(guò)程中,,蒸發(fā)沉積和濺射沉積是典型的物理方法,,主要用于沉積金屬單質(zhì)薄膜、合金薄膜,、化合物等,!雅安MENS微納加工
未來(lái)幾年微納制造系統(tǒng)和平臺(tái)的發(fā)展前景包括的方面:智能的、可升級(jí)的和適應(yīng)性強(qiáng)的微納制造系統(tǒng),。鄂州微納加工器件封裝
微納加工:干法刻蝕VS濕法刻蝕,!刻蝕工藝:用化學(xué)或物理方法有選擇性地從某一材料表面去除不需要那部分的過(guò)程,獲得目標(biāo)圖形,。在半導(dǎo)體制造中有兩種基本的刻蝕工藝:干法刻蝕和濕法刻蝕,。干法刻蝕的刻蝕劑是等離子體,是利用等離子體和表面薄膜反應(yīng),,形成揮發(fā)性物質(zhì),,或直接轟擊薄膜表面使之被刻蝕的工藝。特點(diǎn):能實(shí)現(xiàn)各向異性刻蝕,,從而保證細(xì)小圖形轉(zhuǎn)移后的保真性,。缺點(diǎn):造價(jià)高。濕法刻蝕是通過(guò)化學(xué)刻蝕液和被刻蝕物質(zhì)之間的化學(xué)反應(yīng)將被刻蝕物質(zhì)剝離下來(lái)的方法,。大多數(shù)濕法刻蝕是不容易控制的各向同性刻蝕,。特點(diǎn):適應(yīng)性強(qiáng),表面均勻性好,、對(duì)硅片損傷少,,幾乎適用于所有的金屬、玻璃、塑料等材料,。缺點(diǎn):圖形刻蝕保真想過(guò)不理想,,刻蝕圖形的小線難以掌控。 鄂州微納加工器件封裝
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