南京微纳加工工艺

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。微纳加工技术能突显一个国家工业发展水平！南京微纳加工工艺

微纳加工技术是先进制造的重要组成部分，是衡量国家高质量的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、保障国防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。很显然，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，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。铜陵全套微纳加工高精度的微细结构通过控制聚焦电子束（光束）移动书写图案进行曝光！

光刻是半导体制造中常用的技术之一，是现代光电子器件制造的基础。然而，深紫外和极紫外光刻系统及其相应的光学掩模都是基于低速高成本的电子束光刻（EBL）或者聚焦离子束刻蚀(FIB)技术，导致其价格都相对昂贵。因此，无掩模的高速制备法是微纳结构制备的优先方法。在这些无掩模方法中，直接激光写入(direct laser writing, DLW)是一种重要的、被广采用的微处理技术，能够提供比较低的价格和相对较高的吞吐量。但是，实际应用中存在两个主要挑战：一是与FIB和EBL相比，分辨率还不够高。

皮秒激光精密微孔加工应用作为一种激光精密加工技术，皮秒激光在对高硬度金属微孔加工方面的应用早在20世纪90年代初就有报道。1996年德国学者Chichkov等研究了纳秒、皮秒以及飞秒激光与材料的作用机理，并在真空靶室中对厚度100μm的不锈钢进行了打孔实验，建立了激光微纳加工的理论模型，为后续的激光微纳加工实验研究奠定了坚实的理论基础。1998年Jandeleit等对厚度为250nm的铜膜进行了精密制孔实验，实验指出使用同一脉宽的皮秒激光器对厚度较薄的金属材料制孔时，采用高峰值功率更有可能获得高质量的的制孔效果。然而，优异的加工效果不仅取决于脉冲宽度以及峰值功率，制孔方式也是一个至关重要的因素，针对这一问题，Fohl等采用纳秒激光与飞秒激光对制孔方式进行了深入研究，实验结果显示纳秒激光采用螺旋制孔方式所加工的微孔整洁干净，而飞秒激光采用一般的冲击制孔方式所加工的微孔边缘有明显的再铸层。微纳制造技术研发和应用标志着人类可以在微、纳米尺度认识和改造世界。

    微纳加工中蒸镀的物理过程包括：沉积材料蒸发或升华为气态粒子→气态粒子快速从蒸发源向基片表面输送→气态粒子附着在基片表面形核、长大成固体薄膜→薄膜原子重构或产生化学键合。将衬底放入真空室内，以电阻、电子束、激光等方法加热膜料，使膜料蒸发或升华，气化为具有一定能量（～eV）的粒子（原子、分子或原子团）。气态粒子以基本无碰撞的直线运动飞速传送至衬底，到达衬底表面的粒子一部分被反射，另一部分吸附在衬底上并发生表面扩散，沉积原子之间产生二维碰撞，形成簇团，有的可能在表面短时停留后又蒸发。粒子簇团不断地与扩散粒子相碰撞，或吸附单粒子，或放出单粒子。此过程反复进行，当聚集的粒子数超过某一临界值时就变为稳定的核，再继续吸附扩散粒子而逐步长大，终通过相邻稳定核的接触、合并，形成连续薄膜。膜方法简单、薄膜纯度和致密性高、膜结构和性能独特等优点。所谓溅射镀膜是指在真空室中，利用荷能粒子（如正离子）轰击靶材，使靶材表面原子或原子团逸出，逸出的原子在工件的表面形成与靶材成分相同的薄膜，这种制备薄膜的方法称为溅射镀膜。目前，溅射法主要用于形成金属或合金薄膜，特别是用于制作电子元件的电极和玻璃表面红外线反射薄膜。 微纳加工中，材料湿法腐蚀是一个常用的工艺方法。沈阳微纳加工应用

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。南京微纳加工工艺

在微电子与光电子集成中，薄膜的形成方法主要有两大类，及沉积和外延生长。沉积技术分为物理沉积、化学沉积和混合方法沉积。蒸发沉积（热蒸发、电子束蒸发）和溅射沉积是典型的物理方法；化学气相沉积是典型的化学方法；等离子体增强化学气相沉积是物理与化学方法相结合的混合方法。薄膜沉积过程，通常生成的是非晶膜和多晶膜，沉积部位和晶态结构都是随机的，而没有固定的晶态结构。外延生长实质上是材料科学的薄膜加工方法，其含义是：在一个单晶的衬底上，定向地生长出与基底晶态结构相同或相似的晶态薄层。其他薄膜成膜方法，如电化学沉积、脉冲激光沉积法、溶胶凝胶法、自组装法等，也都广用于微纳制作工艺中。不同的表面微纳结构可以呈现出相应的功能，随着科技的发展，不同功能的微纳结构及器件将会得到更多的应用。目前表面功能微纳结构及器件，诸如超材料、超表面等充满“神奇”力量的结构或器件，的发展仍受到微纳加工技术的限制。因此，研究功能微纳结构及器件需要从微纳结构的加工技术方面进行广深入的研究，提高微纳加工技术的加工能力和效率是未来微纳结构及器件研究的重点方向。南京微纳加工工艺

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