微纳加工技术是先进制造的重要组成部分,是衡量国家高级制造业水平的标志之一,具有多学科交叉性和制造要素极端性的特点,在推动科技进步、促进产业发展、拉动科技进步、保障**安全等方面都发挥着关键作用。微纳加工技术的基本手段包括微纳加工方法与材料科学方法两种。比较显然,微纳加工技术与微电子工艺技术有密切关系。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,较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。微纳加工技术能突显一个国家工业发展水平!乐山石墨烯微纳加工
基于掩模板图形传递的光刻工艺可制作宏观尺寸的微细结构,受光学衍射的极限,适用于微米以上尺度的微细结构制作,部分优化的光刻工艺可能具有亚微米的加工能力。例如,接触式光刻的分辨率可能到达0.5μm,采用深紫外曝光光源可能实现0.1μm。但利用这种光刻技术实现宏观面积的纳米/亚微米图形结构的制作是可欲而不可求的。近年来,国内外很多学者相继提出了超衍射极限光刻技术、周期减小光刻技术等,力求通过曝光光刻技术实现大面积的亚微米结构制作,但这类新型的光刻技术尚处于实验室研究阶段。梅州激光微纳加工微纳制造技术是指尺度为毫米、微米和纳米量级的零件!
纳秒和飞秒之间,皮秒激光微纳加工应用独具优势!与传统的微纳加工技术相比,激光微纳加工具有如下独特的优点:非接触加工不损坏工具、能量可调、加工方式灵活、可实现柔性加工等。其中全固态皮秒激光具有极窄的脉冲宽度(皮秒)、极高的峰值功率(兆瓦)以及优异的光束质量,被广泛应用于各种金属、非金属材料的精密加工。研究表明,脉冲宽度高于10ps的皮秒激光加工过程中有明显的热效应存在,而且随着激光与材料作用时间的增加,工件表面会产生微裂纹以及再铸层;脉冲宽度低于5ps的皮秒激光与材料作用时会产生非线性效应,这对金属材料的加工非常不利。因此,适合微纳精密加工用的皮秒激光的脉冲宽度在5~10ps之间。为了提高加工效率,重复频率一般设定在十万赫兹量级,而平均功率则根据所加工材料的烧蚀阈值而定。
2012年北京工业大学Duan等使用课题组自行研制的皮秒激光器对金属钼、钛和不锈钢进行了精密制孔研究,并利用旋切制孔方式对厚度为0.3mm的金属钼实现了孔径ϕ小于200μm的微孔加工,利用螺旋制孔方式在厚度为1mm不锈钢上实现了孔径为200μm的制孔效果。实验指出大口径微孔加工应采用旋切制孔方式,而加工较小口径时则更宜选用螺旋制孔方式。皮秒激光精密微孔加工过程中,对于厚度较小的材料(d<1μm),由于激光与材料作用的时间较短,以采用高峰值功率、窄脉宽的激光为宜,而对于厚度在百微米甚至超过1mm的金属材料的微孔加工,除了要考虑激光峰值功率以及脉冲宽度外,选择合适的制孔方式是必要的。此外,根据材料结构的不同还应该选择是否采用偏振输出等因素。光刻胶是微纳加工中微细图形加工的关键材料之一。
光刻是微纳加工技术中关键的工艺步骤,光刻的工艺水平决定产品的制程水平和性能水平。光刻的原理是在基底表面覆盖一层具有高度光敏感性光刻胶,再用光线(一般是紫外光、深紫外光、极紫外光)透过光刻板照射在基底表面,被光线照射到的光刻胶会发生反应。此后用显影液洗去被照射/未被照射的光刻胶, 就实现了图形从光刻板到基底的转移。光刻胶分为正性光刻和负性光刻两种基本工艺,区别在于两者使用的光刻胶的类型不同。负性光刻使用的光刻胶在曝光后会因为交联而变得不可溶解,并会固化,不会被溶剂洗掉,从而该部分硅片不会在后续流程中被腐蚀掉,负性光刻光刻胶上的图形与掩模版上图形相反。微纳加工按技术分类,主要分为平面工艺、探针工艺、模型工艺。MENS微纳加工工艺流程
高精度的微细结构可以通过电子束直写或激光直写制作!乐山石墨烯微纳加工
微纳测试与表征技术是微纳加工技术的基础与前提,它包括在微纳器件的设计、制造和系统集成过程中,对各种参量进行微米/纳米检测的技术。微米测量主要服务于精密制造和微加工技术,目标是获得微米级测量精度,或表征微结构的几何、机械及力学特性;纳米测量则主要服务于材料工程和纳米科学,特别是纳米材料,目标是获得材料的结构、地貌和成分的信息。在半导体领域人们所关心的与尺寸测量有关的参数主要包括:特征尺寸或线宽、重合度、薄膜的厚度和表面的糙度等等。未来,微纳测试与表征技术正朝着从二维到三维、从表面到内部、从静态到动态、从单参量到多参量耦合、从封装前到封装后的方向发展。探索新的测量原理、测试方法和表征技术,发展微纳加工及制造实时在线测试方法和微纳器件质量快速检测系统已成为了微纳测试与表征的主要发展趋势。 乐山石墨烯微纳加工
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