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1、微纳加工技术孟祥坤1306化工过程机械2013年10月28日微镊子微镜阵列微马达微继电器微铰链微纳加工技术概述微纳米加工技术是指加工形成的部件或结构本身的尺寸在微米或纳米量级，正是微纳米加工技术的发展促进了集成电路的发展,导致集成电路的集成度以每18个月翻一番的速度提高.微纳加工技术往往牵涉材料的原子级尺度。纳米技术是指有关纳米级（0.1-100ｎｍ）的材料、设计、制造、测量、控制和产品的技术。纳米技术是科技发展的一个新兴领域，它不仅仅是关于如何将加工和测量精度从微米级提高到纳米级的问题，也是关于人类对自然的认识和改造如何从宏观领域进入到微观领域。微纳加工技术分类
2、1.平面工艺2探针工艺3模型工艺平面工艺图1描绘了平面工艺的基本步骤.平面工艺依赖于光刻技术（集成电路制造中利用光学-化学反应原理和化学、物理刻蚀方法，将电路图形传递到单晶表面或介质层上，形成有效图形窗口或功能图形的工艺技术）.首先将一层光敏物质感光,通过显影使感光层受到辐射的部分或未受到辐射的部分留在基底材料表面,它代表了设计的图案.然后通过材料沉积或腐蚀将感光层的图案转移到基底材料表面.通过多层曝光,腐蚀或沉积,复杂的微纳米结构可以从基底材料上构筑起来.这些图案的曝光可以通过光学掩模投影实现,也可以通过直接扫描激光束,电子束或离子束实现.腐蚀技术包括化学液体湿
3、法腐蚀和各种等离子体干法刻蚀.a.湿法腐蚀是将硅片浸没于某种化学溶剂中，该溶剂与暴露的区域发生反应，形成可溶解的副产品。根据腐蚀效果可以将湿法腐蚀分为各向同性腐蚀和各向异性腐蚀。b.干法刻蚀是利用反应性气体或离子流进行腐蚀的方法。干法刻蚀既可以刻蚀非金属材料，也可以刻蚀多种金属；既可以各向同性刻蚀，也可以各向异性刻蚀。干法刻蚀按原理来分可分为：离子刻蚀技术，包括溅射刻蚀和离子束刻蚀，其腐蚀机理是物理溅射；等离子体刻蚀技术，在衬底表面产生纯化学反应腐蚀；反应离子刻蚀技术，它是化学反应和物理溅射效应的综合。此外还包括材料沉积技术包括热蒸发沉积,化学气相沉积或电铸沉积.
4、平面工艺不同于传统机械加工的原因:(1)微纳米结构由曝光方法形成,而不是加工工具与材料的直接相互作用.所以限制加工结构尺寸的不是加工工具本身的尺寸,而是成像系统的分辨率,例如光波的波长,激光束,电子束或离子束直径;(2)平面工艺一般只能形成二维平面物理结构,或准三维结构,而不是真正的三维系统.平面工艺形成的三维结构是通过多层二维结构叠加而成的;(3)平面工艺形成的是整个系统,而不是单个部件.由于每个部件如此之小,根本无法按传统的先加工分立部件然后装配成系统的途径.所以系统中的每个部件以及它们之间的关系是在平面加工过程中形成的.集成电路制造的平面工艺概括起来为4个基
5、本方面：(1)薄膜沉积包括各种氧化膜,多晶硅膜,金属膜等(2)图形化所谓图形化是在硅基底和沉积的薄膜上形成各种电路图形.这包括光刻和刻蚀两个方面.更确切地说,图形化是集成电路微纳米加工的核心.(3)掺杂晶体管的载流子区通过掺杂形成,掺杂包括热扩散掺杂和离子注入掺杂(4)热处理离子注入后通过热处理可以恢复由离子轰击造成的晶格错位,热处理也可以使沉积的金属膜与基底合金化,形成稳固的导电层.平面微纳米加工技术虽然主要应用于集成电路制造,但近年来微系统技术中也大量应用平面工艺制作各种微机械、微流体和微光机电器件等探针工艺探针工艺可以说是传统机械加工的延伸,这里各种微纳米尺
6、寸的探针取代了传统的机械切削工具.微纳米探针不仅包括诸如扫描隧道显微探针,原子力显微探针等固态形式的探针,还包括聚焦离子束,激光束,原子束和火花放电微探针等非固态形式的探针.飞秒激光加工技术飞秒激光是一种以脉冲形式运转的激光，持续时间非常短，只有几个飞秒（一飞秒是10-15秒）飞秒激光的特点1、飞秒激光是我们人类目前在实验条件下能够获得的最短脉冲，它的精确度是±5微米;2、飞秒激光有非常高的瞬间功率，它的瞬间功率可达百万亿瓦，比目前全世界的发电总功率还要多出上百倍;3物质在飞秒激光的作用下会产生非常奇特的现象，气态的物质、液态的物质、固态的物质瞬间都会变成等离子4
7、、飞秒激光具有精确的靶向聚焦定位特点，能够聚焦到比头发的直径还要小的多的超细微空间区域;飞秒激光加工技术应用举例加工前探针的扫描电镜分析图加工后探针的扫描电镜分析图利用飞秒激光纳米加工系统得到的PMMA材料直线图形模型工艺模型工艺则是利用微纳米尺寸的模具复制出相应的微纳米结构.模型工艺包括纳米压印技术,塑料模压技术和模铸技术.纳米压印技术1995年华裔科学家周郁（Stephen Chou）提出了纳米压印光刻的思想。纳米压印是利用含有纳米图形的图章压印到软化的有机聚合物层上.它是一种全新的纳米图形复制方法。其特点是具有超高分辩率,高产量,低成本。1.高分辩率是因为它
8、没有光学曝
