纳米加工技术
纳米加工技术
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纳米技术的背景
纳米技术是一门方兴未艾的学科和领域。纳米技术的迅猛发展在21世纪将对人类社会的文明进步及社会的发展起到极其重要的作用,可能将带来第五次技术革命。世界各发达国家都在为这个21世纪的基础技术抢占科技战略制高点。纳米技术的强大生命力在于纳米效应(如量子效应、巨大的表面和界面效应等),它能使物质的许多性能发生质变,而实现纳米效应的关键首先是具有纳米结构,任何纳米技术均须依赖通过纳米加工技术将物体加工至纳米尺度。因此,纳米结构加工技术是整个纳米技术的核心基础,是当前世界科学研究巫待解决的难题之一。
纳米技术的定义
所谓纳米技术通常指纳米级(0.1nm~100nm)的材料、设计、制造、测量、控制和产品的技术.纳米技术主要包括纳米级精度和表面形貌的测量;纳米级表层物理、化学、机械性能的检测;纳米级精度的加工和纳米级表层的加工一一原子和分子的去除、搬迁和重组;纳米材料;纳米级微传感器和控制技术;微型和超微型机械;微型和超微型机电系统;纳米生物学等;纳米加工技术是纳米技术的一个组成部分纳米加工的含义是达到纳米级精度(包括纳米级尺寸精度,纳米级形位精度和纳米级表面质量)的加工技术.
纳米加工技术的特点
众所周知，欲得到1纳米的加工精度，加工的最小单位必然在亚微米级。由于原子间的距离为0.1-0.3nm，纳米级加工实际已到加工的极限。纳米级加工是将试件表面的一个个原子或分子作为直接的加工对象，所以，纳米级加工的物理实质就是要切断原子间的结合。实现原子或分子的去除。而各种物质是以共价键、金属键、离子键或分子结构的形式结合而组成，要切断原子间的结合需要很大的能量密度。在机械加工中，工具材料的原子间结合能必须大于被加工材料的原子间结合能。而传统的切削、磨削加工消耗的能量较小，实际上是利用原子、分子或晶体间连接处的缺陷而进行加工的，但想要切断原子间的结合就相当困难的。因此，纳米加工的物理实质与传统的切削、磨削加工有很大区别。直接利用光子、电子、离子等基本能子的加工是纳米级加工的主要方向和主要方法。
纳米级加工精度
与常规精加工的比较
纳米级加工中.工件表面的原子和分子是直接加工的对象.即需切断原子间的结合纳米加工实际已到了加工的极限而常规的精加工欲控制切断原子间的结合是无能为力的,其局限性在于:
1)高精度加工工件时,切削量应尽量小而常规的切削和磨削加工,要达到纳米级切除量,切削刀具的刀刃钝圆半径必须是纳米级,研磨磨料也必须是超细微粉.目前对纳米级刃口半径还无法直接测量.
2)工艺系统的误差复映到工件,工艺系统的受力/热变形、振动、工件装夹等都将影响工精度
3)即使检测手段和补偿原理正确,加工误差的补偿也是有限的.
4)加工过程中存在不稳定因素如切削热,环境变化及振动等
由此可见.传统的切削/磨削方法,一方面由于加工方法的局限或由于加工机床精度所限,显示出在纳米加工领域应用裕度不足另一方面,由于科技产业迅猛发展,加工技术的极限不断受到挑战.有研究表明,磨削可获得35nm的表面粗糙度,但对如何实现稳定、可靠的纳米机加工以及观察研究材料微加工过程力学性能则始终受到实验手段的限制,因此纳米机加工必须寻求新的途径即直接用光子、电子、离子等基本粒子进行加工.例如,用电子束光刻加工超大规模集成电路纳米级加工精度包括：纳米级尺寸精度、纳米级几何形状精度和纳米级表面质量三个方面。
纳米级的尺寸精度
传统的长度基准是以标准尺为基准。由于零件材料的稳定性，内应力，本身重量造成的变形等内部因素和环境的温度变化、气压变化、测量误差等都将产生尺寸误差。所以，现在采用光速和时间作为长度基准。较大尺寸的绝对精度很难达到纳米级，较大尺寸的相对精度或重复精度可以达到纳米级。例如在超级精密加工中，某些特高精度孔和轴的配合，通过使用激光干涉测量或x射线干涉测量法都可以达到A0级的测量分辨率和重复精度。微小尺寸的纳米级加工，正处于研究阶段之中。
纳米级的几何形状精度
在精密加工中，精密零件的几何形状直接影响到它的工
作性能和工作效果，常要求达到纳米级的几何形状精度。例
如，精密轴和孔的圆度和圆柱度，精密球（如陀螺球，计量用
标准球）的球度。
纳米级的表面质量
纳米级的表面质量不仅仅指它的表面粗糙度，而且包含其在内的表层的物理状态，如无表面残留应力，无组织缺陷等。微型机械和超微型机械的零件对其表面质量有严格的要求。
纳米级加工的关键技术
a.测量技术
·纳米级测量技术包括纳米级精度的尺寸和位移的测量、纳米级表面形貌的测量纳米级测量技术主要有两个发展方向:
1)光干涉测量技术:可用于长度、位移、表面显微形貌的精确测量.用此原理测量的方法有双频激光干涉测量、光外差干涉测量、X射线干涉测量等.
2)扫描隧道显微加工技术亦称为原子级加工技术，原理是通过扫描隧道显微镜的探针来操纵试件表面的单个原子，实现单个原子的和分子的搬迁、去除、增添和原子排列重组，实现极限的精加工。近年来，扫描隧道显微加工技术获得了迅速的发展，并取得了多项重要成果。例如，1990年，美国圣荷塞IBM阿尔马登研究所D.M.Eigler等人在4K和超真空环境中，用35个Xe原子排成IBM三个字母，每个字母高5nm.，xe原子间的最短距离为1nm.，而日本科学家则实现了将硅原子堆成一个“金字塔”，首先实现了三维空间的立体搬迁。目前，原子级加工技术正在研究对大分子中的原子搬迁、增加原子、去除原子和原子排列的重组。用的各种化工材料。电子信息产业是目前发展最为迅速的
高新技术产业，已跃居世界第一大产业，电子信息产业水平已成为衡量一个国家综合水平的重要标志之一。电子化学品对电子信息产业来说，是不可缺少的支撑产业，发挥着举足轻重的作用，可以毫不夸张地讲，任何电子产品的问世，几乎都与电子化学品的创新有关，没有电子化学品的发展和新技术的突破，就基本上可以说不可能有电子产品的更新换代和新产品的涌现。例如液晶材料是液晶显示器件（LCD）的基础材料，液晶显示器是20世纪末最有发展活力的电子产品之一，其具有工作电压低、微功耗、体积小、显示柔和、无辐射危害等一系列优
点，使个人电脑、笔记本电脑、手机、彩电更高档。其它如塑料光纤以其独特的优越性能促使高速、高容量的数据通讯系统迅猛发展；高质量的封装材料出现使得IC芯片集成度提高，使得电脑、手机、电视机变得小而薄、更精致美观。总之，随着新型化工材料的不断创新和在高科技领域的广泛应用，必将加速科技发展和人类物质文明的进程。
b.材料制造技术
著名的诺贝尔奖获得者Feyneman在20世纪60年代曾预言:如果我们对物体微小规模上的排列加以某种控制的话,我们就能使物体得到大量的异乎寻常的特性,就会看到材料的性能产生丰富的变化.他说的材料即现在的纳米材料.
纳米材料是由纳米级的超微粒子经压实和烧结而成的它的微粒尺寸大于原子簇,小于通常的微粒,一般为1-100nm它包括体积份数近似相等的两部分:一是直径为几个或几十个纳米的粒子;二是粒子间的界面纳米材料的两个重要特征是纳米晶粒和由此产生的高浓度晶界这导致材料的力学性能、磁性、介电性、超导性、光学乃至热力学性能的改变.如:纳米陶瓷由脆性变为100%的延展性,甚至出现超塑性.纳米金属居然有导体变成绝缘体.金属纳米粒子掺杂到化纤制品或纸张中,可大大降低静电作用纳米TiO2按一定比例加入到化妆品中,可有效遮蔽紫外线
.当前纳米材料制造方法主要有:气相法、液相法、放电爆炸法、机械法等.
l)气相法:①热分解法:金属拨基化合物在惰性介质(N或洁净油)中热分解,或在H冲激光分解此方法粒度易控制,适于大规模生产.现在用于Ni、Fe、W、Mo 等金属,最细颗粒可达3一10nm②真空蒸发法:金属在真空中加热蒸发后沉积于一转动圆的流动油面上;可用真空蒸馏使颗粒浓缩此法平均颗粒度小于10nm
2)液相法:①沉积法:采用各种可溶性的化合物经混合,反应生成不溶解的氢氧化物、碳酸盐、硫酸盐或有机盐等沉淀.把过滤后的沉淀物热分解获得高强超纯细粉.②Sol-Gel法:1969年.RRoy采用此工艺制备出均质的玻璃和陶瓷由于该法可制备超细(10nm一100nm)化学组成及形貌均匀的多种单一或复合氧化物粉料已成为一种重要的超细粉的制备方法
.3)放电爆炸法:金属细丝在充满惰性气体的圆筒内瞬间通人大电流而爆炸此法可制造Mo
W等难熔金属的超细颗粒(25一350nm),但不能连续操作.
4)机械法:利用单质粉末在搅拌球磨(AtritorMil)过程中颗粒与颗粒间和颗粒与球之间的强烈、频繁的碰撞粉碎.近几年大量采用搅拌磨,即利用被搅拌棍搅拌的研磨介质之间的研磨,将粉料粉碎·粉碎效率比球磨机或振动磨都高
c.三束加工技术
可用于刻蚀、打孔、切割、焊接、表面处理等.
l)电子束加工技术:电子束加工时,被加速的电子将其能量转化成热能,以便除去穿透层表面的原子,因此不易得到高精度.但电子束可以聚焦成很小的束斑(Φ0.1um)照射敏感材料
用电子刻蚀,可加工出0.1um线条宽度.而在制造集成电路中实际应用
.2)离子束加工技术:因离子直径为0.1nm数量级.故可直接将工件表面的原子碰撞出去达到加工的目的用聚焦的离子束进行刻蚀,可得到精确的形状和纳米级的线条宽度
.3)激光束加工技术:激光束中的粒子是光子,光子虽没有静止质量,但有较高的能量密度激光束加工常用YAG激光器（λ=1.06um)和CO2（λ=10.06um)激光器位.激光束加工不是用光能直接撞击去掉表面原子,而是光能使材料熔化、汽化后去掉原子
d.LIGA技术
LIGA技术是20世纪80年代中期德国W.Ehrfeld教授等人发明的，即从半导体光刻工艺中派生出来的一种加工技术。其机理是有深度同步辐射x射线光刻、电铸成型、塑铸成型等技术组合而成的复合微细加工新技术，主要工艺过程由x 光光刻掩模版的制作、x光深光刻、光刻胶显影、电铸成模、光刻胶剥离、塑模制作及塑模脱模成型组成。适合用多种金属、非
金属材料制造微型机械构件。
采用LIGA技术已研制成功或正在研制的产品有微传感器、微电机、微执行器、微机械零等。
微型机械和微型机电系统
纳米加工技术的出现使微型机电系统进入了一个广阔的崭新领域集成的微型机电系统日本称为微型机械(Mieromaenine),美国则称为微型机电系统
(MieroEleetroMeehaniealsystems一MEMS),欧洲称为微系统(Mierosystem) .(l)微型机械
.现在微型机械的研究已达到较高水平,已能制造多种微型零件和微型机构已研制成功的三维微型机械构件有微齿轮、微弹簧、微连杆、微轴承等.微执行器是比较复杂、难度大的微型器件,研制成功的有微阀、微泵、微开关、微电动机等.
(2)微型机电系统
.MEMS是在微电子工艺基础上发展起来的多学科交叉的前沿研究领域.是纳米加工技术走向实用化,能产生经济效益的主要领域.比如:l)微型机器人是一个非常复杂的机电系统.美国正在研制的无人驾驶飞机仅有蜻蜓大小,并计划进一步缩小成蚊子机器人,用于收集情报和窃听医用超微型机器人是最有发展前途的应用领域。它可进入人的血管,从主动脉管壁上刮去堆积的脂肪,疏通患脑血栓病人阻塞的血管。日本制定了采用机器人外科医生的计划,并正在开发能在人体血管中穿行、用于发现并杀死癌细胞的超微型机器人.
2)微型惯性仪表:惯性仪表是航空、航天、航海中指示方向的导航仪器,由于要求体积小、重量轻、精度高、工作可靠.因此是微型机电系统应用的理想领域.现在国外已有微型加速度几何微型陀螺仪的商品生产,体积和重量都很小,但尚需提高精度.
由于MEMs的发展已初具基础,微型器件的发展也已达到一定水平,同时有微电子工业制造集成电路的经验可借鉴,各产业部门又有使用MEMS的要求,因此现在MEMS的发展条件已具备
结语
本文介绍了几种新兴的纳米加工技术, 各具优势,各具独特的应用前景。根据不同应用场合可以选择不同工艺。纳米压印技术和其他纳米加工技术相比优势明显, 是下一代实用光刻技术, 具有强大的竞争力, 从根本上展示了纳米器件生产的广阔景纳米器件的设计与制造已成为世界上人们关注的热点，成为二十一世纪科学技术进步的发展动机。新型纳米加工技术的发展方向是多种技术的综合应用，以实现各种技术的优势互补。因此开展纳米加工技术和方法的研究，不仅可以获得自主知识产权，而且在未来的科技竞争中占据主动。
参考文献:
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(全文)纳米测量仪器和纳米加工技术
2003年1月第5卷第1期 中国工程科学Engineering Science Jan.2003Vol 15No 11 院士论坛 [收稿日期] 2002-07-18;修回日期 2002-07-29 [作者简介] 姚骏恩(1932-),男,上海市人,中国工程院院士,中国科学院北京科学仪器研制中心研究员 纳米测量仪器和纳米加工技术 姚骏恩 (中国科学院北京科学仪器研制中心,北京 100080) [摘要] 纳米科技是当今国际上的一个热点。文章对纳米科技作了简要介绍,纳米测量和加工是纳米科技中 的一个不可缺少的重要组成部分。叙述了发展纳米测量和纳米加工技术的两个主要途径:一是发展传统技术,主要是电子显微术以及最近发展起来的聚焦离子束(FIB )-电子束数控加工中心;二是创造新的测量仪器,建立新原理和新方法,介绍了国内外电子显微镜和扫描探针显微镜这两类纳米测量分析仪器的发展、应用和生产现状。指出我国电子显微仪器和扫描探针显微镜的开发和生产面临困境,应尽快建立和加强自己的电子显微仪器和扫描探针显微镜等纳米测量和纳米加工设备制造产业,并列入国家科技发展规划。 [关键词] 纳米科技;纳米测量;电子显微镜;扫描探针显微镜;聚焦离子束-电子束装置;仪器生产[中图分类号]TN16;TN405;T B838 [文献标识码]A [文章编号]1009-1742(2003)01-0033-05 1 纳米科技是当今国际上的一个热点 纳米科技是20世纪80年代发展起来的一门新 兴科学技术。一个纳米是十亿分之一米,已接近原子尺度(012～013nm )。纳米科技涉及的尺度通常是100nm 以下,直到原子尺寸。在这种尺度上对物质和材料进行研究和处理的科学技术称为纳米科技。纳米科技实质上就是一种从原子、分子开始制造材料和产品的科学技术;也可以说是在1～100nm 范围内认识和改造自然的科学技术,是一个交叉综合学科,是一个前沿基础学科和高技术融为一体的完整体系。钱学森早在1991年就指出,纳米左右和纳米以下的结构将是下一阶段科技发展的一个重点,会是一次技术革命,从而将是21世纪又一次产业革命。目前所有的发达国家都对纳米科技的研究、开发投入大量人力物力,试图抢占这一21世纪战略制高点,它可给包括生物技术在内的几乎所有工业领域带来一场革命性变化。 2 当今高技术的核心乃是半导体芯片 技术 当今高技术的核心乃是半导体芯片技术,发展的关键是进一步微型化。元件的尺寸由毫米到微米仍可用传统的科学和技术;从微米到纳米功能元件,尺寸缩小到纳米级,即由有限个原子构成基本功能元件,再由这类新元件组成更复杂的器件,表征这种纳米功能元件的参量具有显著的量子效应和统计涨落特性,就必须发展新理论、新技术和新材料。于是纳米电子学就应运而生。芯片的集成度以每18个月硅片上功能元件数增加1倍的速度增加。元件的尺寸越小,芯片的功能越强。商用芯片的线宽在2001年达到0113～0110μm ,现已开始0110μm 的竞争,估计2004年大部分半导体制造企业都会采用0110μm 以下的制造工艺[1]。 3 21世纪将是生命科学的世纪 现今生命科学已经从描述性、实验性科学向定量科学过渡,研究的焦点是生物大分子,尤其是蛋
纳米加工技术
纳米加工技术及其应用江苏科技大学机械学院 学号：1 姓名：原旭全
纳米尺度的研究作为一门技术,是80年代刚刚兴起的.它所研究的对象是一般研究机构很难涉猎的即非宏观又非微观的中间领域,有人称之为介观领域.所谓纳米技术通常指纳米级~l00nm)的材料、设计、制造、测量、控制和产品的技术.纳米技术主要包括纳米级精度和表面形貌的测量;纳米级表层物理、化学、机械性能的检测;纳米级精度的加工和纳米级表层的加工一一原子和分子的去除、搬迁和重组;纳米材料;纳米级微传感器和控制技术;微型和超微型机械;微型和超微型机电系统;纳米生物学等;纳米加工技术是纳米技术的一个组成部分.纳米加工的含义是达到纳米级精度(包括纳米级尺寸精度,纳米级形位精度和纳米级表面质量)的加工技术. 其原理使用极尖的探针对被测表面扫描(探针和被侧表面不接触),借助纳米级的三维位移控制系统测量该表面的三维微观立体形貌. 材料制造技术. 著名的诺贝尔奖获得者Feyneman在20世纪60年代曾预言:如果我们对物体微小规模上的排列加以某种控制的话,我们就能使物体得到大量的异乎寻常的特性,就会看到材料的性能产生丰富的变化.他说的材料即现在的纳米材料.纳米材料是由纳米级的超微粒子经压实和烧结而成的.它的微粒尺寸大于原子簇,小于通常的微粒,一般为l一100nm.它包括体积份数近似相等的两部分:一是直径为几个或几十个纳米的粒子;二是粒子间的界面.纳米材料的两个重要特征是纳米晶粒和由此产生的高浓度晶界.这导致材料的力学性能、磁性、介电性、超导性、光学乃至热力学性能的改变.如:纳米陶瓷由脆性变为100%的延展性,甚至出现超塑性.纳米金属居然有导体变成绝缘体.金属纳米粒子掺杂到化纤制品或纸张中,可大大降低静电作用.纳米Tiq按一定比例加入到化妆品中,可有效遮蔽紫外线.当前纳米材料制造方法主要有:气相法、液相法、放电爆炸法、机械法等. l)气相法:1热分解法:金属拨基化合物在惰性介质(N2或洁净油)中热分解,或在H冲激光分解. 此方法粒度易控制,适于大规模生产.现在用于Ni、Fe、W、M。等金属,最细颗粒可达3一10nm.o真空 蒸发法:金属在真空中加热蒸发后沉积于一转动圆的流动油面上;可用真空蒸馏使颗粒浓缩.此法平均颗粒度小于10nm. 2)液相法:1沉积法:采用各种可溶性的化合物经混合,反应生成不溶解的氢氧化物、碳酸盐、硫酸盐或有机盐等沉淀.把过滤后的沉淀物热分解获得高强超纯细粉.采用此工艺制备出均质的玻璃和陶瓷.由于该法可制备超细(10nm一100nm)、化学组成及形貌均匀的多种单一或复合氧化物粉料.已成为一种重要的超细粉的制备方法. 3)放电爆炸法:金属细丝在充满惰性气体的圆筒内瞬间通人大电流而爆炸.此法可制造等难熔金属的超细颗粒(25一350nm),但不能连续操作. 4)机械法:利用单质粉末在搅拌球磨(AttritorMill)过程中颗粒与颗粒间和颗粒与球之间的强烈、 频繁的碰撞粉碎.近几年大量采用搅拌磨,即利用被搅拌棍搅拌的研磨介质之间的研磨,将粉料粉碎粉碎效率比球磨机或振动磨都高. (3)三束加工技术:可用于刻蚀、打孔、切割、焊接、表面处理等. l)电子束加工技术:电子束加工时,被加速的电子将其能量转化成热能,以便除去穿透层表面的原子,因此不易得到高精度.但电子束可以聚焦成很小的束斑(巾
微纳米加工技术综述报告
福州大学 研究生课程报告 课程名称：微纳米加工技术 姓名： 许鑫川 系： 微电子系 专业： 微电子学与固体电子学 学号： 131120037 指导教师：陈伟 2014年6月4日
《微纳米加工技术》综述报告 ——3D封装技术 摘要 近几年来，先进的封装技术已在IC制造行业开始出现，如多芯片模块( MCM)就是将多个IC芯片按功能组合进行封装，特别是三维(3D)封装首先突破传统的平面封装的概念，组装效率高达200％以上。它使单个封装体内可以堆叠多个芯片，实现了存储容量的倍增，业界称之为叠层式3 D封装；其次，它将芯片直接互连，互连线长度显著缩短，信号传输得更快且所受干扰更小；再则，它将多个不同功能芯片堆叠在一起，使单个封装体实现更多的功能，从而形成系统芯片封装新思路：最后，采用3D封装的芯片还有功耗低、速度快等优点，这使电子信息产品的尺寸和重量减小数十倍。正是由于3D封装拥有无可比拟的技术优势，加上多媒体及无线通信设备的使用需求，才使这一新型的封装方式拥有广阔的发展空间。 一、概念 3D封装技术又称立体封装技术，是在X-Y平面的二维封装的基础上向空间发展的高密度封装技术。终端类电子产品对更轻、更薄、更小的追求推动了微电子封装朝着高密度的三维(3D)封装方向发展，3D封装提高了封装密度、降低了封装成本，减小各个芯片之间互连导线的长度从而提高器件的运行速度，通过芯片堆叠或封装堆叠的方式实现器件功能的增加。3D封装虽可有效的缩减封装面积与进行系统整合，但其结构复杂散热设计及可靠性控制都比2D芯片封装更具挑战性。3D封装设计和应用中面临的主要的问题有：( 1 )、高功率密度下器件的散热设计问题；( 2 )、减薄芯片在加工、组装、使用过程中承受机械应力下的可靠性问题；( 3 )、3D器件在组装和应用过程中的热-机械耦合作用引起的芯片开裂、焊点疲劳等可靠性问题。这些问题都跟3 D封装结构形式有关，因此研究3D封装的结构设计与散热设计具有非常迫切的理论意义和实际应用价值。 三维封装是将多个芯片垂直连接的一系列方法的统称，到目前为止，三维封装只在引线键合、倒装芯片、模块化封装等特定应用中取得成功。然而，硅通孔封装技术（TSV）作为备选方案得到了迅猛发展。 硅通孔技术(TSV)是通过在芯片和芯片之间、晶圆和晶圆之间制作垂直导通，实现芯片之间互连的最新技术。以TSV为代表的3D集成技术优势有： 降低延迟：IBM半导体研发中心副总裁Lisa Su指出：TSV可把芯片上数据需要传输的距离缩短1000倍，并使每个器件的互连性增加100倍。英特尔计划在未来的万亿赫兹研究型处理器中采用TSV技术。 降低功耗：据报道，IBM在90 nm节点的微处理器50%以上的有源开关功耗都用于驱动互
纳米加工技术和微电子机械系统
第十六章纳米加工技术和微电子机械系统 按照人们的意愿在纳米尺寸的世界中自由地剪裁、安排材料的技术被称为纳米加工技术。包括扫描探针技术和精密加工技术（能量束加工等）。 纳米加工技术是纳米科学的重要基础，也包含许多尚未认识清楚的纳米科学问题。 一、纳米机械学 1. 历史由来 2. 纳米加工技术 3. 微型机械的发展 二、微电子机械系统 1. 组成和特性 2. 发展趋势 一、纳米机械学 1. 历史由来 纳米技术的灵感来自于美国的理查得·费曼。 1959年12月29日，美国著名物理学家、诺贝尔物理学奖获得者理查得·费曼(Richard Phillips Feynman，1918-1988)在美国物理学会召开的年会上，作了一个题为《在底层还有很大空间》“There’s Plenty of Room at the Bottom”的著名演讲。在演讲中，费曼满怀激情的说：“当我们深入并游荡在原子的周围，我们是按不同的定律活动，我们会遇到许许多多新奇的事情，能以全新的方式生产，完成异乎寻常的工作。如果有一天可以安排一个个原子，将会产生什么样的奇迹?！” 费曼给我们描述了这样一幅激动人心的画面：通过人为地操纵单个原子，来构造人们需要的特定功能的物质，这如同用原子来搭积木! 费曼在演讲中还说：“至少依我看来，物理学的规律不排除一个原子一个原子地制造物品的可能性。”在演讲中他提到也许有一天人们会造出仅由几千个原子组成的微型机器。但在当时，这句话因为过于超前而没有引起人们的广泛注意。 直到1986年，一个专门以展望未来为职业的预言家，美国预见研究所的工程师—埃里克·得雷克斯勒(K.Eric.Drexler)运用了更为通俗和形象的描述才将27年前这个天才的思想表书清楚。他说：我们为什么不制造出成群、肉眼看不到的微型机器人，让它们在地毯上爬行，把灰尘分解成原子，再将这些原子组装成餐巾、肥皂和电视机呢？这些微型机器人不仅是一些只懂得搬原子的建筑“工人”，而且还具有绝妙的自我复制和自我维修能力，由于它们同时工作，因此速度很快而且廉价得让人难以置信。 多数主流派科学家对得雷克斯勒的想法不屑一顾，认为是一派胡言。但得雷克斯勒仍然著书立说，阐述自己的观点。有的科学家随后开始进行实验性研究。对于纳米技术，得雷克斯勒认为： “它不是小尺寸技术的延伸，它甚至根本不该被看作是技术，而是一场认知的革命。” 从石器时代开始，人类从磨尖箭头到光刻芯片的所有技术，都与一次性地削去或者融合数以亿计的原子以便把物质作成有用的形态有关。费曼质问到，为什么我们不可以从另一个角度出发，从单个的分子甚至原子开始进行组装，以达到我们的要求呢？实际上这一灵感来自于大自然从单个分子、甚至单个原子创造物质的启示。纳米技术就是向大自然学习，力图在纳米尺度精确地操纵原子或分子来制造产品的技术，统称为“由底向上”或“由小到大“的加工技术。 2. 纳米加工技术 科学技术进步使器件和装置的尺寸越来越小，进入了纳米的范围。与之相适应的加工和制造技术，已成为国际上的研究热点，发展很快。 ①定义 按照人们的意愿在纳米尺寸的世界中自由地剪裁、安排材料的技术被称为纳米加工技术。 纳米加工技术可分为刻蚀和组装两类，包括扫描探针技术和精密加工技术（能量束加工等）。纳米加工技术将为我们设计和制造出尺寸极小而功能极强的设备。 ②纳米组装技术 由于在纳米尺度刻蚀技术已达到极限，组装技术将成为纳米科技的重要手段，日益受到人们的高度重视。 组装技术就是通过机械、物理、化学或生物的方法，把原子、分子或者分子的聚集体进行组装，形成有功能的结构单元。 纳米组装技术包括分子有序组装技术、扫描探针原子/分子搬迁技术以及生物组装技术。 i) 分子有序组装技术 科技部2006年公布的“十一五”期间首批启动的国家重大科学研究计划中，纳米研究计划项目“具有重要应用背景的纳米超分子组装体的构筑与功能研究” 名列其中，项目首席科学家是南开大学化学学院院长、“长江学者奖励计划”特聘教授刘育。刘育课题组以环糊精的分子识别和组装为突破口，在超分子组装/ 纳米超分子的研究工作中已取得重大突破。
微纳米加工技术及其应用
绪论 1：纳米技术是制造和应用具有纳米量级的功能结构的技术，这些功能结构至少在一个方向的几何尺寸小于100nm。 2：微纳米技术包括集成电路技术，微系统技术和纳米技术；而微纳米加工技术可获得微纳米尺度的功能结构和器件。 3：平面集成加工是微纳米加工技术的基础，其基本思想是将微纳米机构通过逐层叠加的方式筑在平面衬底材料上。（类似于3d打印机？） 4：微纳米加工技术由三个部分组成：薄膜沉积，图形成像（必不可少），图形转移。如果加工材料不是衬底本身材料需进行薄膜沉积，成像材料的图形需转化为沉积材料的图形时需进行图形转移。（衬底材料，成像材料，沉积材料的区别和联系） 5：图形成像工艺可分为三种类型：平面图形化工艺，探针图形化工艺，模型图形化工艺。平面图形化工艺的核心是平行成像特性，其主流的方法是光学曝光即“光刻“技术；探针图形化工艺是一种逐点扫描成像技术，探针既有固态的也有非固态的，由于其逐点扫描，故其成像速度远低于平行成像方法；模型图形化工艺是利用微纳米尺寸的模具复制出相应的微纳米结构，典型工艺是纳米压印技术，还包括模压和模铸技术。 6：微米加工和纳米加工的主要区别体现在被加工结构的尺度上，一般以100nm 作为分界点。 光学曝光技术 1：光学曝光方式和原理 可分为掩模对准式曝光和投影式曝光。其中，掩模对准式曝光又可分为接触式曝光和邻近式曝光，投影式曝光又可分为1∶1投影和缩小投影（一般为1∶4和1∶5）。 接触式曝光可分为硬接触和软接触。其特点是：图形保真度高，图形质量高，但由于掩模与光刻胶直接接触，掩模会受到损伤，使得掩模的使用寿命较低。采用邻近式曝光可以克服以上的缺点，提高掩模寿命，但由于间隙的存在，使得曝光的分辨率低，均匀性差。 掩模间隙与图形保真度之间的关系 W=k√ 其中w为模糊区的宽度。 掩模对准式曝光机基本组成包括：光源（通常为汞灯），掩模架，硅片台。 适用范围：掩模对准式曝光已不再适用于大规模集成电路的生产，但却广泛应用于小批量，科研性质的以及分辨率要求不高的微细加工中。 投影式曝光：投影式曝光广泛应用于大批量大规模集成电路的生产。 评价曝光质量的两个参数：分辨率和焦深。
纳米科学与微纳制造》复习材料.docx
《纳米科学与微纳制造》复习材料1、纳米材料有哪些危害性？ 答：纳米技术对生物的危害性： 1）在常态下对动植物体友好的金，在纳米态下则有剧毒； 2）小于 100nm的物质进入动物体内后，会在大脑和中枢神经富集，从而影响动物的正常生存； 3）纳米微粒可以穿过人体皮肤，直接破坏人体的组织及血液循环。 2、什么是纳米材料、纳米结构？ 答：纳米材料：纳米级结构材料简称为纳米材料，是指组成相或晶粒结构的尺寸介于1nm～100nm范围之间，纳米材料大致可分为纳米粉末、纳米纤维、纳米膜、纳米块体等四类。 纳米材料有两层含义： 其一，至少在某一维方向，尺度小于 100nm，如纳米颗粒、纳米线和纳米薄膜，或构成整体材料的结 构单元的尺度小于 100nm ，如纳米晶合金中的晶粒 ; 其二，尺度效应：即当尺度减小到纳米范围，材料某种性质发生神奇的突变，具有不同于常规材料的、优异的特性量子尺寸效应。 纳米结构：以纳米尺度的物质为单元按一定规律组成的一种体系。 3、什么是纳米科技？ 答：纳米科技是研究在1-100nm 内，原子、分子和其它类型物质的运动和变化的科学；同时在这一尺度范围内对原子、分子进行操纵和加工的技术。 4、什么是纳米技术的科学意义？ 答：纳米尺度下的物质世界及其特性，是人类较为陌生的领域，也是一片新的研究疆土在宏观和 微观的理论充分完善之后，再介观尺度上有许多新现象、新规律有待发现，这也是新技术发展的 源头；纳米科技是多学科交叉融合性质的集中体现，我们已不能将纳米科技归为任何一门传统的 学科领域而现代科技的发展几乎都是在交叉和边缘领域取得创新性的突破的，在这一尺度下，充满了原始创新的机会因此，对于还比较陌生的纳米世界中尚待解释的科学问题，科学家有着极大 的好奇心和探索欲望。 5、纳米材料有哪 4 种维度？举例说明 答：零维：团簇、量子点、纳米粒子 一维：纳米线、量子线、纳米管、纳米棒
微光刻与微纳米加工技术
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陈宝钦：微光刻与微／纳米加工技术 源的选择），选择相应的分辨率增强技术，以及分析相关的数据并对已有模型进行校准等工作。光刻模型主要包括光刻胶模型、（）ＰＣ模型以及成像模型等。随着光刻设备的升级换代、ＲＥＴ的广泛应用，精确的模型需要充实。如超高数值孔径的浸没式光刻中的光学极化效应等。ＤＦＭ可理解为，以快速提升芯片成品率及降低生产成本为目的，统一描述芯片设计中的规则、工具和方法，从而更好地控制设计电路向物理芯片的复制。是一种可预测制造过程中工艺可变性的设计，使得从设计到芯片制造的整个过程达最优化。ＤＦＭ包括参数成品率、系统成品率和随机成品率的设计，以及可靠性、测试和诊断的设计，而相关ＥＤＡ算法工具的开发应用是解决问题的关键所在。 １．３浸没透镜与两次曝光光刻技术 提高光刻分辨率有三种途径。一是缩短曝光光源波长，需要价格高昂的原理性设备换代；二是改善工艺因子Ｋ，。其代价是缩小了制造工艺窗口，同时还需要改变集成电路版图的设计规则、改善光刻胶的工艺和分辨率增强技术。对于目前主流的１９３ｎｍ光源的光刻技术来说，还难以满足４５ｎｍ节点生产的需求；第三种途径就是在改善光学系统数值孔径上继续做文章。由于目前曝光镜头数值孔径已经接近１，再要提高光学透镜的数值孔径就需要设计更大口径、更复杂的镜头，这已经不太现实了。因此光刻专家们根据高倍油浸显微镜提高分辨率的原理，设法在曝光镜头的最后一个镜片与硅片之间增加高折射率的液体（如水）作为介质，以达到提高分辨率的目的。因为提高该介质的折射率町以加大光线的折射程度，等效地加大镜头口径尺寸与数值孔径，同时可以显著提高焦深（ＤＯＦ）和曝光工艺的宽容度（Ｅｌ。）。浸没光刻技术莺点需要解决的问题是水迹、气泡和污染等缺陷困扰。目前采用１９３ｎｍ光源的浸没光刻（Ｉｍｍｅｒｓｉｏｎ，１９３ｉ）技术已经成为６５ｎｍ和４５ｎｍ光刻的主流技术。要想把１９３ｉ技术进一步推进到３２ｎｍ和２２ｎｍ的技术节点，光刻专家还在寻找新技术，在没有更好的新光刻技术出现前。两次曝光技术（或叫两次成型技术，ＤＰＴ）成为人们关注的热点。ＤＰＴ的原理很简单，就是把原来一次光刻难以分辨的掩模图形交替式地分成两块掩模，每块掩模上图形的分辨率可以减少一半，减少了曝光设备分辨率的压力，同时还可以利用第二块掩模版对第一次曝光的图形进行修整。两次曝光有效地拓展了，现有曝光设备干法光刻的应用，不必等待更高的分辨率和更高数值孔径系统的出现就可以投入下一个节点产品的生产。两次曝光技术在使用中。很像移相掩模技术中的位相冲突问题，需要重点解决分色冲突问题。为此还有可能需要三次曝光光刻（ＴＰＴ）。两次曝光技术可以是两次曝光两次刻蚀方式（１ｉｔｈｏ—ｅｔｃｈ—ｌｉｔｈｏ—ｅｔｃｈ）；也可以是第一次曝光显影后进行抗蚀剂固化处理后再涂胶进行第二次曝光显影，最后一起刻蚀的方式（１ｉｔｈｏ－ｐｒｏｃｅｓｓ—ｌｉｔｈｏ—ｅｔｃｈａｌｔｅｒｎａ－ｔｉｖｅｓ）。此外。过去经常使用的牺牲体结构侧墙技术的自对准两次成型技术（ｓｅｌｆ—ａｌｉｇｎｅｄ（ｓｐａｃｅｒ）ｄｏｕｂｌｅｐａｔｔｅｒｎｉｎｇ）也可以归入两次曝光技术中。当然，两次曝光技术也有问题，如对套刻精度要求更苛刻和生产效率降低等问题。 （未完待续） 作者简介： 陈宝钦（１９４２一）男，福建人．中国 科学院微电子研究所研究员，博士生导师。 主要从事光掩模、电子束光刻、微光刻与 微纳米加工与技术的研究。 －??．．－?－卜＿?－．．－—卜－?卜－—卜－?．．。＋－?卜－?卜??．．－?．．－—．．－—－．－。＋。＋‘＋＊?卜－?—卜－—．．－?卜－?．．。＋－—．．?—－卜－?．．。＋－—．－?—－．．－?．． 下期部分目次预告 高压Ｉ．ＤＭ（）ｓ两层金属场板的优化设计 高方块电阻发射区单晶硅太阳电池的性能优化 ＡｌＧａＮ／ＧａＮＨＥＭＴ器件工艺的研究进展 大孔Ｔｉ０２一ＺｎＯ复合纳米材料的制备及其光催化性能一种适用于高灵敏微磁传感器的Ｉ，Ｍ（）膜制备与分析 ２０１１年１月聚苯胺纳米材料的合成与应用 基于ＭＥＭＳ的新型高场不对称波形离子迁移谱 纳米磁性液体合成装置的研制及其应用 基于光诱导介电泳的微粒自动化操作方法研究 ＭＥＭＳ集成宽町调范围滤波器的设计与制作 微纳电子枝术９４８卷第１期 ５ 万方数据
纳米加工技术
纳米加工技术 学院 学号 姓名 日期
纳米技术的背景 纳米技术是一门方兴未艾的学科和领域。纳米技术的迅猛发展在21世纪将对人类社会的文明进步及社会的发展起到极其重要的作用,可能将带来第五次技术革命。世界各发达国家都在为这个21世纪的基础技术抢占科技战略制高点。纳米技术的强大生命力在于纳米效应(如量子效应、巨大的表面和界面效应等),它能使物质的许多性能发生质变,而实现纳米效应的关键首先是具有纳米结构,任何纳米技术均须依赖通过纳米加工技术将物体加工至纳米尺度。因此,纳米结构加工技术是整个纳米技术的核心基础,是当前世界科学研究巫待解决的难题之一。 纳米技术的定义 所谓纳米技术通常指纳米级(0.1nm~100nm)的材料、设计、制造、测量、控制和产品的技术.纳米技术主要包括纳米级精度和表面形貌的测量;纳米级表层物理、化学、机械性能的检测;纳米级精度的加工和纳米级表层的加工一一原子和分子的去除、搬迁和重组;纳米材料;纳米级微传感器和控制技术;微型和超微型机械;微型和超微型机电系统;纳米生物学等;纳米加工技术是纳米技术的一个组成部分纳米加工的含义是达到纳米级精度(包括纳米级尺寸精度,纳米级形位精度和纳米级表面质量)的加工技术. 纳米加工技术的特点 众所周知，欲得到1纳米的加工精度，加工的最小单位必然在亚微米级。由于原子间的距离为0.1-0.3nm，纳米级加工实际已到加工的极限。纳米级加工是将试件表面的一个个原子或分子作为直接的加工对象，所以，纳米级加工的物理实质就是要切断原子间的结合。实现原子或分子的去除。而各种物质是以共价键、金属键、离子键或分子结构的形式结合而组成，要切断原子间的结合需要很大的能量密度。在机械加工中，工具材料的原子间结合能必须大于被加工材料的原子间结合能。而传统的切削、磨削加工消耗的能量较小，实际上是利用原子、分子或晶体间连接处的缺陷而进行加工的，但想要切断原子间的结合就相当困难的。因此，纳米加工的物理实质与传统的切削、磨削加工有很大区别。直接利用光子、电子、离子等基本能子的加工是纳米级加工的主要方向和主要方法。 纳米级加工精度
微纳米技术
微纳米技术国内外发展现状 ——————微加速度传感器 MEMS是英文Micro Electro Mechanical systems的缩写，即微电子机械系统。微电子机械系统技术是建立在微米/纳米基础上的21世纪前沿技术，是指对微米/纳米材料进行设计、加工、制造、测量和控制的技术。MEMS是随着半导体集成电路微细加工技术和超精密机械加工技术的发展而发展起来的，目前MEMS加工技术还被广泛应用于微流控芯片与合成生物学等领域，从而进行生物化学等实验室技术流程的芯片集成化。它可将机械构件、光学系统、驱动部件、电控系统集成为一个整体单元的微型系统。这种微电子机械系统不仅能够采集、处理与发送信息或指令，还能够按照所获取的信息自主地或根据外部的指令采取行动。它用微电子技术和微加工技术(包括硅体微加工、硅表面微加工、LIGA和晶片键合等技术)相结合的制造工艺，制造出各种性能优异、价格低廉、微型化的传感器、执行器、驱动器和微系统。 完整的MEMS是由微传感器、微执行器、信号处理和控制电路、通讯接口和电源等部件组成的一体化的微型器件系统。其目标是把信息的获取、处理和执行集成在一起，组成具有多功能的微型系统，集成于大尺寸系统中，从而大幅度地提高系统的自动化、智能化和可靠性水平。它涉及机械、电子、化学、物理、光学、生物、材料等多学科。微电子机械系统（MEMS）是近年来发展起来的一种新型多学科交叉的技术，该技术将对未来人类生活产生革命性的影响。 基于MEMS技术的微型传感器是微机电系统研究中最具活力与现实意义的领域。微加速度传感器作为微传感器的重要分支一直是热门的研究课题。本文基于对微加速度传感器研究现状的综述，探讨了微加速度传感器的发展趋势。 微加速度传感器是一种十分重要的力学敏感传感器，其研究与开发始于80年代初，是继微压力传感器之后第二个进入市场的微机械传感器。我国从1992年开始致力于微加速度传感器的研究，清华大学、重庆大学、北京大学、东南大学、电子工业部第十三所、中科院上海冶金研究所等单位均开展了各种结构的微型加速度传感器的研究，并取得了一些阶段性成果，但尚未具备批量生产的能力，与产业化相距甚远。 微加速度传感器可通过其加工技术、控制系统类型、敏感机理来分类。应用于微加速度传感器的敏感机理很多，目前有文献报道的主要有压阻式、电容式、温敏式（热对流式）、真空微电子式、隧道式、谐振式等形式。
微纳米生物技术及其在药物研发方面的应用续
微纳米生物技术及其在药物研发方面的应用（续） （7）生物分子马达(Biomolecular Motors) ：分子马达是一种分子机械，它是分子尺度（纳米尺度）下的一种复合体，能够作为机械零件的最小实体。驱动方式是透过外部的刺激（如化学、电化学、光化学等方法），使分子结构或模型发生较大变化，且这种变化是可以被控制及调整，具有可预期的规则性，进而使整个体系在理论上具有对外机械作功的可能性。由于马达是机器运转的核心，若将生物分子马达利用微机电技术再接上其它东西，可制造出纳米机器人等。生物分子马达的相关研究，目前遭遇到的最大困难在于作用时的稳定性问题，这些生物分子仅能够在狭窄的温度范围与离子强度下运作，在有机溶液或空气中都无法作用。 （8）核酸计算机(DNA computer)：DNA计算机的应用原理是基于DNA分子中的密码相当于数据的储存，DNA分子间可以在酵素作用下瞬间完成生化反应，从一种基因代码变成另一种基因代码。如果将反应前的基因代码作为输入数据，反应后的基因代码即为运算结果。DNA计算机运算速度极快，几天的运算量就相当于计算机问世以来的总运算量，储存容量也非常大，超过目前所有计算机的储存量，但所耗的能量极低，只有一台普通计算机的十亿分之一。 其中将微纳米技术应用到药物研究中治疗一些疾病是最受人们关注的，在近期的研究中，研究人员利用TD微纳米生物芯片中医消融法，推动了甲状腺结节治疗技术发展。甲状腺结节是甲状腺专科常见的内分泌疾病，在我们日常忙碌的生活中甲状腺结节一般情况下都是因为甲亢治疗不及时所引发的，这种情况下患者很难通过自己观察发现，通过常规体检会检查出甲状腺结节病发，不同程度病
微纳制造技术作业
问题：1、微机械制造材料大致分为几类而常用的制造微机电产品的材料有哪些，MEMS装置为何大多选用硅材料制造 2、纳米材料与常规的材料相比，有哪些优点 答：1、（1）微机械制造材料大致分为结构材料、功能材料和智能材料三大类。 （2）常用的制造微机电产品的材料有： a，结构材料：是以力学性能为基础，具有一定强度，对物理或化学性能也有一定要求，一般用于构造微机械器件结构机体的材料，如硅晶体。 b，功能材料：指那些具有优良的电学、磁学、光学、热学、声学、力学、化学、生物医学功能，特殊的物理、化学、生物学效应，能完成功能相互转化，主要用来制造各种功能元器件而被广泛应用于各类高科技领域的高新技术材料。如压电材料、光敏材料等。 c，智能材料：一般具备传感、致动和控制3个基本要素。如形状记忆合金、磁/电致伸缩材料、导电聚合物、电流变/磁流变材料等。 （3）由于硅材料具有众多优点，所以MEMS装置大多选用硅材料制造。 其优点如下： ①优异的机械特性：在集成电路和微电子器件生产中，主要利用硅的电学特性；在微机械结构中，则 是利用其机械特性。或者同时利用其机械特性和电学特性，即具有机电合一的特性，便于实现机电器件的集成化。 ②储量丰富，成本低。硅是地壳中含量最多的元素之一，自然界的硅元素通常以氧化物如石英（sio2） 的形式存在，使用时要提纯处理，通常加工成为单晶形式（立方晶体，各向异性材料） ③便于批量生产微机械结构和微机电元件。硅材料的制造工艺与基层电路工艺有很好的兼容性，便于 微型化、集成化和批量生产。硅的微细加工技术比较成熟，且加工精度高，容易生成绝缘薄膜。
④具有多种传感特性，如压电阻效应、霍尔效应。 ⑤纯净的单晶硅呈浅灰色，略具有金属性质。可以抛光加工，属于硬脆材料，热传导率较大，对温度敏感。 2、纳米材料内部粒子的尺寸减小到纳米量级，将导致声、光、电、磁、热性能呈现新的特性。对纳米体材料，可以用“更轻、更高、更强”这六个字来概括。 ①“更轻”是指借助于纳米材料和技术，可以制备体积更小性能不变甚至更好的器件，减小器件的体积，使其更轻盈。第一台计算机需要三间房子来存放，正是借助与微米级的半导体制造技术，才实现了其小型化，并普及了计算机。无论从能量和资源利用来看，这种“小型化”的效益都是十分惊人的。 ②“更高”是指纳米材料可望有着更高的光、电、磁、热性能。 ③“更强”是指纳米材料有着更强的力学性能(如强度和韧性等)，对纳米陶瓷来说，纳米化可望解决陶瓷的脆性问题，并可能表现出与金属等材料类似的塑性。纳米材料中的基本颗粒的微小尺寸效应，致使材料中的结构颗粒或原子团大多数是不存在位错的，这减少了材料的内部缺陷，在宏观上表现出异乎寻常的特性，常规的陶瓷材料脆而易碎，变成纳米相形式后就有了塑性，发生较大形变也不会裂成许多碎片，且可进行切削加工。原因是纳米级晶粒间不存在位错，相互之间滑动起来容易引起形变。
纳米加工技术[纳米级加工技术论文]
纳米加工技术[纳米级加工技术论文] 随着纳米技术的发展和电子器件小型化的需求，纳米加工方法 越来越多地引起人们的关注，下面给大家分享一些纳米级加工技术论文，大家快来跟一起欣赏吧。 新型纳米加工技术的研究进展 摘要：随着纳米技术的发展和电子器件小型化的需求，纳米加工方法越来越多地引起人们的关注，纳米技术的核心是纳米加工技术。新型纳米加工技术突破传统光刻限制和有机高分子结构的限制，属于多项纳米操纵加工技术的系统工程研究，主要特色为瞄准学科前沿的创新性应用基础研究，具有较强的创新性、前瞻性和原创性，具有广泛的应用前景。 关键词：无机纳米材料;纳米加工技术;研究 随着纳米技术的发展和电子器件小型化的需求，纳米加工方法 越来越多地引起人们的关注，纳米技术的核心是纳米加工技术。纳米加工技术作为引起一场新的产业革命的科学技术，备受世人瞩目。随着科技的发展，对电子器件小型化的要求越来越强烈，各种器件逐渐由微米向纳米尺度发展。特别是对纳米器件、光学器件、高灵敏度传感器、高密度存储器件以及生物芯片制造等方面的纳米化要求越来越
强烈，如何缩小图形尺寸、提高器件的纳米化程度已经成为各国科学家们越来越关心的问题。然而由于传统刻蚀技术的限制使得器件纳米化的发展成为当今电子器件小型化发展的重要制约因素之一。因此，新型纳米加工技术突破传统光刻限制和有机高分子结构的限制，属于多项纳米操纵加工技术的系统工程研究，主要特色为瞄准学科前沿的创新性应用基础研究，具有较强的创新性、前瞻性和原创性，具有广泛的应用前景。 1 国内外研究现状 近年来，为了克服原有光刻技术对图形线宽的限制，人们已探索了许多先进的纳米刻蚀加工方法。AT&T BeII实验室的R?S?Becker 等人利用扫描探针显微技术实现了在Ge表面原子级的加工。H?D?Day 和D?R?Allee成功地实现了硅表面的纳米结构制备，从而在纳米加工领域开辟了新的天地。近年来，Mirkin研究组和其它几个研究集体利用扫描探针技术成功地制造了有机分子纳米图形与阵列、无机氧化物、金属纳米粒子、高分子溶胶等纳米图形和阵列以及蛋白质阵列。此外，离子束、电子束、极紫外、X射线、深紫外加波前工程、干涉光刻以及原子光刻等技术的出现进一步发展了纳米刻蚀加工技术，为克服光刻的限制，提高图形密度提供了可能。然而这些方法虽然可以实现相对复杂的纳米图形化，但其设备昂贵，投资成本较大、应用步骤复杂，更主要的在于生产效率低，产品价格高昂，因而难以在要
纳米制造及其关键性技术
纳米制造及其关键技术简介 ——机械制造技术基础专题研究与讨论 摘要纳米制造是多学科的新型交叉研究领域，对其基础研究的深入展开可为前沿制造技术的进步提供有力支撑。在过去的20 多年里，基于纳米制造的探索已展示出宽广的发展前景，并将在多个行业为社会带来巨大的经济效益。纳米制造可分为机械加工、化学腐蚀、能量束加工、复合加工、隧道扫描显微技术加工等多种方法。本文在简要介绍纳米制造背景、应用的同时，着重介绍纳米制造技术的加工技术。 关键词：纳米制造纳米机械加工能量束加工隧道式近场放电加工 1. 综述 纳米科学技术是目前发展迅速、最富有活力的科学技术领域，受到世界各国的高度重视。纳米科学与技术集合交叉了多学科内容，是一个融前沿探索、高技术、工程应用于一体的科学技术体系。纳米科技在纳米尺寸范围内认识和改造自然，开辟了人类认识世界的新层次，使人们改造自然的能力直接延伸到分子、原子尺度水平，这标志着人类的科学技术进入了一个新时代。许多专家认为，以纳米科学为中心的科学技术将成为21世纪的主导。 纳米科技包括有：纳米体系物理学、纳米化学、纳米材料学、纳米生物学、纳米电子学、纳米制造学等等。其中纳米制造学占有重要地位。纳米科学技术在不同的科学领域有具体的内涵和表现，纳米制造科学技术主要涉及到纳米量级（0.1~100nm）的几何加工精度、形位加工精度和表面粗糙度。 纳米制造任务不是由某一项技术独自完成的，而是由许多方法和技术所共同承担。这些方法相辅相成，各具所长，构成了纳米制造技术群，承担着丰富多样的纳米制造任务。 从实现纳米微结构的方式和途径来看，构成纳米制造技术体系的方法可以分作为两类：一种是通过原子、分子的移动、搬迁、重组来构成纳米尺度的微结构，即所谓的自下而上(Bottom—up)的方法，基于扫描隧道显微镜STM的原子搬移方法属于此类；另一类方法是将大的原材料加工变小，逐步形成所需要的纳米结构或器件，这种通常所见的方式可称为自上而下(Top—down)的方式，束流、超精加工等许多方法都属于这一类。另一方面，纳米制造技术也可以按在制造过程中材料的增减方式进行分类：减材过程(微蚀除、切削加工、电加工、激光加工等)、增材过程(微沉积、ILGA精密电铸)。 纳米制造有着重要的工业前景，是许多技术领域发生重大发展的基础和支撑技术。纳米制造科学技术领域还存在许多未知，需要人们去探索、了解、掌握、发明和创造。纳米制造的新概念、新技术、新工艺将不断出现，在生产实际中的应用会愈来愈深入和广泛。 2. 纳米技术与纳米制造 纳米技术（nanotechnology）是用单个原子、分子制造物质的科学技术，研究结构
《纳米科学与微纳制造》复习材料
《纳米科学与微纳制造》复习材料 1、纳米材料有哪些危害性？ 答：纳米技术对生物的危害性： 1）在常态下对动植物体友好的金，在纳米态下则有剧毒； 2）小于100nm的物质进入动物体内后，会在大脑和中枢神经富集，从而影响动物的正常生存； 3）纳米微粒可以穿过人体皮肤，直接破坏人体的组织及血液循环。 2、什么是纳米材料、纳米结构？ 答：纳米材料：纳米级结构材料简称为纳米材料，是指组成相或晶粒结构的尺寸介于1 nm～100nm范围之间，纳米材料大致可分为纳米粉末、纳米纤维、纳米膜、纳米块体等四类。 纳米材料有两层含义： 其一，至少在某一维方向，尺度小于 100nm，如纳米颗粒、纳米线和纳米薄膜，或构成整体材料的结构单元的尺度小于 100nm，如纳米晶合金中的晶粒; 其二，尺度效应：即当尺度减小到纳米范围，材料某种性质发生神奇的突变，具有不同于常规材料的、优异的特性量子尺寸效应。 纳米结构：以纳米尺度的物质为单元按一定规律组成的一种体系。 3、什么是纳米科技？ 答：纳米科技是研究在1-100nm内，原子、分子和其它类型物质的运动和变化的科学；同时在这一尺度范围内对原子、分子进行操纵和加工的技术。 4、什么是纳米技术的科学意义？ 答：纳米尺度下的物质世界及其特性，是人类较为陌生的领域，也是一片新的研究疆土在宏观和微观的理论充分完善之后，再介观尺度上有许多新现象、新规律有待发现，这也是新技术发展的源头；纳米科技是多学科交叉融合性质的集中体现，我们已不能将纳米科技归为任何一门传统的学科领域而现代科技的发展几乎都是在交叉和边缘领域取得创新性的突破的，在这一尺度下，充满了原始创新的机会因此，对于还比较陌生的纳米世界中尚待解释的科学问题，科学家有着极大的好奇心和探索欲望。 5、纳米材料有哪 4种维度？举例说明 答：零维：团簇、量子点、纳米粒子 一维：纳米线、量子线、纳米管、纳米棒 二维：纳米带、二维电子器件、超薄膜、多层膜、晶体格 三维：纳米块体 6、名词解释：STM、AFM、SEM、TEM 答：STM (scanning tunneling microscope) 扫描隧道显微镜 AFM(Atomic Force Microscope) 原子力显微镜 SEM(scanning electron microscope) 扫描电子显微镜 TEM(Transmission Electron Microscope) 透射电子显微镜 XRF(X Ray Fluorescence) X射线荧光光谱分析 7、扫描隧道显微镜和原子力显微镜的工作原理 扫描隧道显微镜：在样品与探针之间加上小的探测电压，调节样品与探针间距，控制系统使针尖靠近样品表面，当针尖原子与样品表面原子距离≤10?时，由于隧道效应，探针和样品表面之间产生电子隧穿，在样品的表面针尖之间有一纳安级电流通过，电流强度对探针和样品表面间的距离非常敏感，距离变化 1?，电流就变化一个数量级左右。移动探针或样
微纳米加工技术的研究进展与应用
微纳米加工技术的研究进用展与应用 摘要： 微纳米加工技术是一个新兴的综合性的制造技术, 有良好的应用前景。纳米技术微微机电系统（MEMS）技术和纳米技术的简称，是20世纪80年代末在美国、日本等发达国家兴起的高校科学技术。微纳米技术的研究和发展必将对21世纪的航空、航天、军事、生命科学和健康保健、汽车工业、仿生机器人、家用电器等领域产生深远影响。本文对微纳米加工技术的进展与应用作了简要介绍。 关键词：微纳米加工发展应用 引言： 随着科技发展, 对超精密装置的功能、结构复杂程度、可靠性等要求越来越高, 从而使得对特征尺寸在毫米以上级别, 采用多种材料, 且具有一定形状精 度和表面质量要求的精密三维零件的需求日益迫切。微纳米加工技术是指实现微米、亚微米至纳米量级加工精度的制造技术及其相关设备。 微纳米加工技术的被加工工件尺寸在10mm~1m 之间,表面加工精度高于1μm, 形状精度高于1μm。微纳米加工技术主要包括: 微纳米加工的机理, 微纳米加工的设备制造技术, 微纳米检测技术, 微纳米加工工作环境条件等。 微纳米检测技术是实现微米, 亚微米乃至纳米量级检测的技术及其相应系统。微纳米检测技术可以大幅度提高产品制造过程中的精度, 提高计量等级, 对微纳 米产品进行直接检测和检定, 能够实现生产过程中的在线检测和控制。 因此, 纳米结构加工技术是整个纳米技术的核心基础, 是当前世界科学研 究巫待解决的难题之一。 一、光刻技术 光制造是指通过光与物质的相互作用实现材料成形与改性的过程。光刻技术是应用于光制造的典型实例。传统的光刻技术是一种利用类似于照相复制的曝光与刻蚀相结合的技术，通过曝光和显影工序把集成电光刻掩模版的版图图形转移到光刻胶上，然后通过刻蚀工艺再转移到基片（如硅片）上，在基片表面生成微、纳米尺度的集成电路图形层。其他微、纳米加工领域也都借用半导体集成电路的工艺技术，尤其利用光刻技术实现微、纳米尺度的制造。1965年，G.More在报告中指出，每隔1824个月，芯片的容量将增加1倍，后来演变成了著名的“摩尔定律”。光刻技术作为半导体工业的主流工艺技术，极大地促进了集成电路(IC) 的发展。光刻所获得的最小线宽已成为新一代集成电路的主要技术指标，光刻技术决定着集成电路工艺水平的高低。由于光刻工艺过程需要重复性，因而光刻产
微纳米加工与宏观机械加工的区别
微纳米加工与宏观机械加工的区别 自从1958年美国德克萨斯公司试制了世界上第一块平面集成电路开始算起,在短短的50年中，微电子技术以令世人震惊的速度突飞猛进地发展，创造了人间奇迹，而且仍处在方兴未艾的急速发展之中，推动着整个社会各行各业的进步。作为微电子技术工艺基础的微纳米加工技术，是人类迄今为止所能达到精度最高的加工技术。随着信息时代的到来，信息高速公路、网络技术、移动通信技术、多媒体技术的飞速发展，促进高集成度、超高速、超高频集成电路及器件研制开发的特征尺寸越来越细，加工尺寸从微米直到纳米尺度。微纳米加工技术广泛地应用于微电子、微光学和微机械等微系统工程的微制造技术，尤其是在卫星、导弹、火箭、飞船、遥感、测控、雷达、频踪、预警等航空航天、武器装备、国防军工及与国家安全相关领域中。 人们从理论和实验研究中发现，随着材料尺度的减小，由于表面效应、体积效应和量子尺寸效应的影响，材料的物理性能和采用该材料制作的器件特性等都可能表现出与宏观体材料和相关器件特性显著不同的特点。作为当前微观领域主要加工方式的微纳米加工技术，也必然与宏观机械加工有着明显的不同。 首先，从零件成型方式来看，宏观机械加工要经过模压成型和去除材料加工两道基本的工艺。而微纳米加工主要分解为薄膜淀积和光刻或刻蚀两个基本步骤。如超大规模集成电路的加工就是通过制膜——光刻——掺杂——刻蚀——封装 五个基本步骤来完成。 第二，从去除材料方式来看，宏观机械加工通过加工工具与材料的直接相互作用来实现对材料的去除，如车削、铣削、磨削等。而微纳米加工去除材料的方式主要是曝光、刻蚀等，加工工具不会与材料直接相互作用，下图为平面微细加工的基本过程。 第三，从三维角度来看，宏观机械加工可以直接实现三维的去除材料加工，而微纳米加工技术一般只能形成二维平面结构或者三维结构，其三维结构的实现主要通过二维结构叠加而成。如下图中的微马达即多层淀积、刻蚀的结果。