基于原子力显微镜(AFM)的微小结构加工工艺研究

为了解决AFM单独用于机械刻蚀加工存在的局限性以及加工过程中各种因素对加工结果的影响等问题 ,提出一种基于AFM的非硅工艺微结构的加工方法。把三维微动工作台叠加到原子力显微镜工作台上组成新的微加工系统 ,采用金刚石针尖作为加工工具。根据AFM在线成像后的结果对该工艺过程中各种因素产生的影响进行了研究、分析和说明 ,得出主要参数优选的一般方法 ,讨论了与其他微机械加工方法相比较采用该方法的优缺点和可行性。应用该系统进行了微结构的加工实验 ,实验结果表明该系统能够实现较高尺寸精度和重复性精度的微结构的加工 ,并且通过优选参数改进工艺完全可以应用于微机械领域中诸如掩模或微尺度模具等简单和复杂的准三维或三维微小结构的加工     

基于原子力显微镜（AFM）的微小结构加工工艺研究

为了解决AFM单独用于机械刻蚀加工存在的局限性以及加工过程中各种因素对加工结果的影响等问题，提出一种基于AFM的非硅工艺微结构的加工方法。把三维微动工作台叠加到原子力显微镜工作台上组成新的微加工系统，采用金刚石针尖作为加工工具。根据AFM在线成像后的结果对该工艺过程中各种因素产生的影响进行了研究、分析和说明，得出主要参数优选的一般方法，讨论了与其他微机械加工方法相比较采用该方法的优缺点和可行性。应用该系统进行了微结构的加工实验，实验结果表明该系统能够实现较高尺寸精度和重复性精度的微结构的加工，并且通过优选参数改进工艺完全可以应用于微机械领域中诸如掩模或微尺度模具等简单和复杂的准三维或三维微小结构的加工。     

金属Cu表面三维齿状微图形的复制加工——约束刻蚀剂层技术(CELT)的应用

主要介绍了一种Cu的CELT加工的化学刻蚀体系和捕捉体系,并通过控制刻蚀时间、刻蚀电流、刻蚀剂浓度、捕捉剂浓度等实验参数和优化电化学模板的制作工艺, 以规整的齿状结构为模板, 在Cu的表面实现了三维微结构的复制加工,得到了与齿状结构模板互补的三维微结构,用SEM 和AFM对实验结果进行了表征,表征结果证明约束刻蚀剂层技术在金属三维加工方面的可行性和潜在优势.金属Cu由于具有优良的导热导电性能以及很好的延展性,在微系统(也称微机电系统)中应用广泛,因此对Cu的刻蚀加工对微系统技术的发展具有重要的意义.约束刻蚀剂层技术(Confined Etch-ant Layer Technique 简称CELT)作为一种新型的微加工技术[1],能够加工复制出复杂三维结构,到目前为止,该技术已成功应用于Si 、GaAs等材料微结构的复制加工[2,3].     

金属Cu表面三维齿状微图形的复制加工--约束刻蚀剂层技术(CELT)的应用

主要介绍了一种Cu的CELT加工的化学刻蚀体系和捕捉体系，并通过控制刻蚀时间、刻蚀电流、刻蚀剂浓度、捕捉剂浓度等实验参数和优化电化学模板的制作工艺，以规整的齿状结构为模板，在Cu的表面实现了三维微结构的复制加工，得到了与齿状结构模板互补的三维微结构，用SEM和AFM对实验结果进行了表征，表征结果证明约束刻蚀剂层技术在金属三维加工方面的可行性和潜在优势。金属Cu由于具有优良的导热导电性能以及很好的延展性，在微系统(也称微机电系统)中应用广泛，因此对Cu的刻蚀加工对微系统技术的发展具有重要的意义。约束刻蚀剂层技术(Confined Etch-ant Layer Technique简称CELT)作为一种新型的微加工技术，能够加工复制出复杂三维结构，到目前为止，该技术已成功应用于Si、GaAs等材料微结构的复制加工。     

金属Cu表面三维齿状微图形的复制加工——约束刻蚀剂层技术 (CELT)的应用

主要介绍了一种Cu的CELT加工的化学刻蚀体系和捕捉体系 ,并通过控制刻蚀时间、刻蚀电流、刻蚀剂浓度、捕捉剂浓度等实验参数和优化电化学模板的制作工艺 ,以规整的齿状结构为模板 ,在Cu的表面实现了三维微结构的复制加工 ,得到了与齿状结构模板互补的三维微结构 ,用SEM和AFM对实验结果进行了表征 ,表征结果证明约束刻蚀剂层技术在金属三维加工方面的可行性和潜在优势。金属Cu由于具有优良的导热导电性能以及很好的延展性 ,在微系统 (也称微机电系统 )中应用广泛 ,因此对Cu的刻蚀加工对微系统技术的发展具有重要的意义。约束刻蚀剂层技术 (ConfinedEtch antLayerTechnique简称CELT)作为一种新型的微加工技术[1] ,能够加工复制出复杂三维结构 ,到目前为止 ,该技术已成功应用于Si、GaAs等材料微结构的复制加工[2 ,3] 。     

基于AFM的微结构加工实验研究

本文建立了微动工作台和原子力显微镜相结合的微加工系统，在该系统上采用金刚石针尖进行微加工实验，与SPI系统本身的刻划软件刻划出的图形进行了比较分析，得出这个系统适合微结构的加工；并给出了采用该方法加工的1111面及多边形面微结构；还分析了金刚石针尖几何角度及SPM和工作台的相关参数对加工的影响。     

PMMA微结构件激光融化成型实验

为了满足聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)微结构件的高效率和高质量成型加工,提出了激光融化成型新方法,设计和研制实验装置,采用CO2激光扫描辐照方式进行融化成型实验,依据热物理和能量守恒原理,理论计算和模拟分析试样在激光扫描过程中的温度场变化,并通过正交实验设计和实验,分析工艺参数对微结构复制精度的影响。结果表明:熔体温度是影响成型质量的主要因素,温度高则成型精度好;工艺参数对微结构复制精度的影响程度分别是:激光功率对提高复制精度起决定性作用,其次是扫描时间和模具温度,最后是成型压力。采用优化后的工艺参数进行实验,获得较好的微结构复制精度,表明了PMMA微结构件的激光融化成型具有可行性。     

双光子激光三维微细加工及信息存储技术

利用具有极高脉冲光强的飞秒激光器和对光束进行强聚焦的显微镜装置可以制造具有亚微米精度的三维微器件以及进行三维高密度信息存储.文本介绍了自行开发的双光子微细加工系统以及三维高密度信息存储系统,以及用该系统进行三维光学微细加工及三维光学信息存储的实验情况,给出了部分利用已建立的加工系统所获得的初步实验结果.     

基于扫描隧道显微系统的垂壁微结构测量技术

该文主要介绍了一种基于扫描隧道显微系统的垂壁微结构测量技术.针对垂壁微结构常规测量手段对于几何外形突变区域难以达到需求的测量指标这一问题,该文提出对于经典扫描隧道显微系统进行改进实现测量样品安装平台可调角度控制,同时采用倾斜测量技术,对于样品测量区域正反向倾斜的重复扫描,最后通过实验数据倾斜矫正以及图像去耦合处理实现垂壁微结构的形貌三维扫描的测量方法.该方法在保持传统扫描探针显微系统局部细节测量精度的同时,对于垂壁结构能够进行完整的三维形貌重构,并且大幅度提高了测角精度,能够为微机电系统元器件结构性能评估提供了一定的参考.     

复杂微结构三维形貌测量方法的研究

微结构三维形貌测量是研究微加工工艺和微尺寸特性的重要测试内容。本文提出一种基于相移显微干涉术、利用干涉陶建立二维结构模板指导相位展开的新方法，它不仅适用于静态测量，而且能应用于在动态测量中，特别是微机电系统（MEMS）器件的运动测量。以微谐振器为测试器件，对其运动梳齿结构进行了静态三维形貌测量，实验的离面理论测量精度优于0．5nm，测试结构内部的面内理论测量精度优于0．5μm，而边缘尺寸因受到边缘提取方法的影响，其测量精度仅在μm量级。对该方法的缺点和发展方向做了探讨。     

飞秒激光双光子复杂结构的微细加工

阐述了双光子激发的原理和飞秒激光三维加工的技术特点。利用自行研制的飞秒双光子微细加工系统，在优化工艺参数的基础上，加工出一系列三维微结构，并实现了可动的三维微系统一齿轮轴系统的一次成型。     

双光子激光三维微细加工及信息存储技术

利用具有极高脉冲光强的飞秒激光器和对光束进行强聚焦的显微镜装置可以制造具有亚微米精度的三维微器件以及进行三维高密度信息存储。文本介绍了自行开发的双光子微细加工系统以及三维高密度信息存储系统 ,以及用该系统进行三维光学微细加工及三维光学信息存储的实验情况 ,给出了部分利用已建立的加工系统所获得的初步实验结果     

利用1064 nm激光的热塑膨胀式三维微结构制备

提出了一种基于1064 nm Nd∶YAG激光光源的三维微结构制备技术。利用激光照射下热塑材料发生局部热融并沿光轴方向膨胀生长的特性, 将热塑性材料置于封闭的液体环境中, 当激光光源移除后, 受周围液体冷却作用影响, 膨胀部分迅速凝固成凸起形状, 由此完成三维微结构制备。我们搭建了三维微结构制备实验系统, 采用1064 nm Nd:YAG激光器作为制备光源, 盛有样品的容器固定于二维扫描工作台上, 以实现激光光斑与热塑性材料间的二维相对移动。利用实验系统完成了石蜡点状及线状微结构的制备, 实验结果表明, 微结构的直径取决于激光光斑的直径, 微结构的高度与激光照射时间及激光功率大小成正比。此外对制备过程中温度因素的影响进行了实验研究。     

双光子激光三维微细加工及信息存储技术

利用具有极高脉冲光强的飞秒激光器和对光束进行强聚焦的显微镜装置可以制造具有亚微米精度的三维微器件以及进行三维高密度信息存储。文本介绍了自行开发的双光子微细加工系统以及三维高密度信息存储系统，以及用该系统进行三维光学微细加工及三维光学信息存储的实验情况，给出了部分利用已建立的加工系统所获得的初步实验结果。     

电镀法制作活动微结构的牺牲层工艺

报道了一种采用电镀方法制作活动微结构的牺牲层工艺，该牺牲层技术可用于微电子机械装置中活动部件的制作。利用电镀形成Ｚｎ牺牲层，结合微细加工技术中的ＬＩＧＡ工艺对该工艺进行了验证，制作出可活动的微齿轮结构，齿轮直径为２５０μｍ。     

AFM 在纳米结构加工中的应用研究

文中阐述了基于自行研制的原子力显微镜(AFM) 的纳米刻蚀加工方法,研究了针尖 上的载荷大小和扫描次数对加工深度的影响,利用AFM 的微探针在氧化铝(Al2O3) 材料表面加工出纳米结构,验证了该加工方法的可行性。实验结果表明基于AFM 的纳米刻蚀技术可作为加工纳米器件的重要手段。     

文摘

综述了微机电系统/微机械的三维形状加工及极限尺寸加工的研究开发现状.相对硅微细加工和LIGA工艺,不采用掩模版的特种微细加工技术,如微细激光成型、微细电火花加工以及微细机械加工等近年来取得较大进展,在三维微小机械结构成型上有独到优势;同时扫描隧道显微加工技术的开发将微机械向极限尺寸领域推进.微机电系统/微机械的长足发展有赖于融合已有先进技术和交叉学科思想的微机械加工技术的进一步研究开发.     

三维微结构制作现状与进展

随着微机电系统(MEMS)的深入研究和快速发展,三维微细加工技术对于微机电的开发和生产具有非常重要的意义.详细介绍了现阶段三维微结构各种制作方法和工艺技术,分析了其原理和特点,比较了各种方法的优劣;讨论了三维微结构开发现状及有待解决的关键技术,综述了利用电子束曝光技术进行三维微结构制作的应用现状并指出了其发展前景.     

CMOS工艺兼容多晶硅压力敏感膜的设计与加工

在MEMS表面加工工艺中,多晶硅薄膜是微结构的重要组成部分.本文考虑加工工艺中残余应力的影响和多晶硅材料的强度范围,建立多晶硅膜的大变形模型,设计可用于压力传感器应用的多晶硅薄膜几何尺寸.采用有限元方法对多晶硅薄膜进行力学分析和设计验证,提出了CMOS工艺兼容的多晶硅压力敏感膜的加工方法,并且根据所设计的工艺进行了电容式压力传感器微结构的加工,加工结果说明了多晶硅薄膜设计的合理性和CMOS兼容工艺的可行性.     

三维微流道系统技术研究

采用LTCC技术,可以获得替代采用硅或其他技术制作的微功能结构,简化工艺,降低成本.重点研究了内嵌三维(3D)微流道系统LTCC多层基板成型中的关键技术:热压和烧结,并进行工艺优化.利用优化的热压、烧结工艺参数,可制备出完好的3D微流道系统LTCC多层基板;通过实验验证,LTCC内嵌三维微流道系统取得了良好的散热效果.