用于微纳制造的“钢笔式”微器件直写方法研究

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1、分类号：TH114学号：201500356023专业学位硕士论文用于微纳制造的“钢笔式”微器件直写方法研究Researchon“Pen-type"MicroDeviceDirectWritingMethodforMicro-nanoFabrication研究生姓名：朱华敏指导教师：冷惠文副教授杨兴副教授专业学位类型：工程硕士专业学位领域：机械工程论文提交日期：2018年6月1日烟台大学学位论文原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品或成果。

2、对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律结果由本人承担。论文作者签名：日期：2018年6月1日学位论文使用授权说明本人完全了解烟台大学关于收集、保存、使用学位论文的规定，即：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在非保密的论文范围内，学校可以公布论文的部分或全部内容。（保密论文在解密后遵守此规定）论文作者签名：日期：2018年6月1日指导教师签名：日期：2018年6月1日摘要摘要集成电路技术、微系统技术或纳米技术统称为微纳米技术，微纳米

3、技术依赖于微纳米尺度的功能结构与器件。实现功能结构微纳米化的基础是先进的微纳米加工技术。而微纳米掩模制造是进行刻蚀、沉积和改性等微纳米加工工艺之前的主要工艺，是微纳米加工过程中的关键步骤和基础。能够实现高质量、高效、柔性、低成本地掩模制造对微/纳机电系统、微米纳米技术、微/纳电子芯片、半导体器件等领域的科研和生产都具有非常重要的意义。鉴于目前微纳掩模制造主要以光学光刻技术和纳米压印技术为主，制造掩模的工艺较复杂，需要提前制备昂贵的掩模版或印模，从而难以高效、柔性地制造图案需要经常发生改变的微纳米掩模。针对目前微纳掩模制造技术的需求和关键问题，提出了一种基于“钢笔式”微器件的微纳掩模直写方法，自

4、行搭建了一整套用于“钢笔式”微器件直写掩模的微点样系统，用于高效、低成本、柔性的、高质量的微纳米掩模制作。研究了“钢笔式”直写微器件的工作原理，掩模材料受表面张力、重力以及基底的毛细力共同作用，实现在基底上的图案的书写。研究了液体掩模材料温度、密度和压力对表面张力的影响，笔尖的曲率半径、刚度，微器件的倾斜角度，笔尖与基底的接触力、接触时间，书写速度、方向等参数对直写图案的尺寸和质量的影响，为“钢笔式”微器件的研制和直写微纳掩模提供了理论依据。为控制直写掩模图案的尺寸和质量，需对笔尖与基底之间的微小接触力进行实时监测，提出了一种采用微压力传感器对微小接触力进行测量的方法。研究了压力传感器的工作原

5、理，建立了压力传感器测量微小接触力的力学模型并进行仿真，然后通过实验验证了此方法的可行性，得出了压力传感器输出电压与接触力作用位置及大小的关系，实现了微小接触力低成本、灵活方便的测量。研究了利用糖作掩模材料，采用反应离子刻蚀技术对高定向热解石墨进行刻蚀加工出3.4nm以下的原子级少层石墨片结构。为后续利用机械剥离法制备层数可控且形状规则的石墨烯提供研究基础。本文提出的该微纳掩模直写技术还能应用于微纳米加工及微纳器件的制备，对微纳米制造的发展具有非常重要的意义。关键词：微纳米加工；微纳掩模直写；“钢笔式”微器件；微小接触力测量；石墨烯制备ⅠAbstractAbstractIntegratedci

6、rcuittechnology,microsystemtechnologyornanotechnologyarecollectivelyreferredtoasmicro-nanotechnology,andmicro-nanotechnologyreliesonmicro-nanoscalefunctionalstructuresanddevices.Thebasisformicro-nano-functionalizationoffunctionalstructuresisadvancedmicroandnano-processingtechnologies.Thefabricationo

7、fmicro-nanomasksisthemainprocesspriortothemicro-nanoprocessingprocessessuchasetching,deposition,andmodification,andisakeystepandfoundationinthemicro/nanoprocess.Theabilitytorealizehigh-quality,efficie