利用AFM探针机械刻划方法加工微纳米结构

为了探索在纳米尺度加工微纳米结构,MEMS/NEMS器件的新的加工方法,采用基于AFM改造的微加工系统,研究了探针机械刻划机理,分析了工作台的定位精度,AFM的工作模式,探针形状等因素的影响.以复杂字体“哈工大“为例说明了微纳米结构轮廓坐标的获得,并加工了实例.同时还给出了齿轮形状,各种复杂二维结构的加工实例.结果表明采用AFM探针机械刻划技术可以应用在微纳米尺度结构的加工领域.     

二维黑磷纳米片的液相剥离和稳定性研究

黑磷是一种具有天然褶皱结构的直接带隙二维半导体材料,因其拥有诸多传统二维半导体材料不具备的优秀特性,故自 2014 年起倍受研究人员的青睐。在该研究中,首先,通过液相剥离方法成功制备了不同尺寸大小的二维黑磷纳米片;其次,用扫描电子显微镜、透射电子显微镜和原子力显微 镜对样品的尺寸、形貌、厚度进行系统表征,并对不同尺寸大小的二维黑磷的拉曼散射光谱进行了研究。由于黑磷在水中会逐渐反应生成磷酸或亚磷酸,所以黑磷在水氧环境中会逐渐分解。而黑磷的可降解性是它作为可降解生物医用材料的重要基础,故对不同尺寸的黑磷纳米片的降解特性进行了一系列的检测。研究不同尺寸黑磷纳米片水溶液的吸收光谱和 pH 值随时间变化过程发现,黑磷纳米片在前 3 天会迅速降解,之后其降解速率逐渐平稳;同时发现纳米片的尺寸越小,其降解速率越快。     

聚合物光栅光波导器件的微复制技术

采用纳米压印微复制技术方法,研制了一种新型的聚合物柔性光栅光波导敏感器件,该器件可用于介入式医用导管的微弯挠曲监测或类似场合的微变形监测.重点阐述了聚合物柔性光栅光波导器件的微复制模具和器件微复制的工艺方法,并对制备工艺技术中的关键技术问题进行了讨论,讨论了测试光纤耦合一体化光栅波导器件的工艺方法.最后利用硅微模具和紫外固化介质材料,成功制备出了截面尺寸为4 μm×20 μm、光栅周期为0.75 μm的聚合物柔性光栅光波导器件.     

一种二维微位移平台测量系统的研究

微位移测量已经广泛应用于精密测量领域中,实现微位移测量最关键的环节在于精确的定位和精细的运动.文章设计了一种基于应变方式进行二维微位移(纳米级)测量的系统,详细阐述了该系统主要组成部分:微位移检测传感器、处理电路及相关系统软件.实验结果表明该系统可以满足二维微(纳米级)测量的要求.     

可并行读写的纳米交叉杆存储器的设计与分析

纳米交叉杆结构因其结构简单、制备工艺成熟而成为研究者最为关注的一种纳米存储器件.纳米交叉杆基于具有双稳态性质的纳米器件,有机分子层交叉结构和碳纳米管交叉结构都是比较成熟的纳米交叉结构.基于纳米交叉杆的存储器一般由外围微-纳结构多路选择器和存储阵列组成,要想在高密度存储的基础上实现快速读写必须研究并行读写方法.并行读写的基础是并行寻址,一种可选的并行寻址方式是地址加掩码的模式,这种模式后再加一个筛选向量即可大大增加并行寻址的灵活度.纳米交叉杆存储器的并行写可分为写1和写0两个子过程,安排最佳的并行访问方式是二维平面上的背包问题.并行读过程可以一次将一行或一列的内容读取出来.     

中国微米纳米 基于光诱导电化学沉积的金属微电极加工方法

纳米材料具有独特的物理化学性质,在纳米电子器件和生物传感等方面显示了巨大的应用潜力.基于二维纳米材料的器件,需要利用金属电极来构建传感器或者场效应晶体管结构.目前,已有一些方法来制备金属电极,如光刻、聚焦离子束及纳米压印等方法,但是这些方法通常需要昂贵的设备,并且操作非常复杂.提出采用基于光诱导的金属纳米电极沉积方法,通过对多个实验参数(包括输入交流电信号的频率、幅值、溶液浓度以及氢化非晶硅层厚度)的分析,得到了优化的金属电极沉积条件.在此基础上,利用光学显微镜、原子力显微镜和扫描电子显微镜对制备的金属电极进行了表征.     

二维GaS超薄半导体的基础研究取得新进展

正最近,中国科学院半导体研究所超晶格国家重点实验室的一个研究团队,在二维GaS超薄半导体的基础研究中取得新进展。相关成果发表在2014年2月7日英国皇家化学会主办的《纳米尺度》(Nanoscale)上,并被选为"热点论文"(Hot Article)。二维半导体材料拥有独特的物理性质,可以应用于不同的技术领域,因此成为了纳米交叉学科的研究热点。石墨烯是目前研究最为广泛的二维材料,但由     

二维材料微结构设计与数值模拟软件系统

为了实现二维多元多相异质体材料微观组织结构的"性能导向型"设计、材料微结构的细观力学计算与虚拟失效分析,以平面Voronoi算法为基础, 通过Visual C+ +程序设计并结合OpenGL工具集,开发出用于微结构模块化、可视化设计的材料微观组织结构仿真软件ProDesign.基于该软件构造出二维多晶体与多晶体基复合材料类微结构,采用C语言与Python脚本混合编程的方式,实现微结构在ABAQUS/CAE中的有限元建模,并对模型进行细观力学响应的数值计算与微应力统计分析.最后根据计算结果预测微结构的材料性能,识别"材料结构弱点",评估平面微裂纹的启裂、扩展,推演微结构"虚拟失效行为".     

浅析石墨烯对空间传输波的调控作用

石墨烯(Graphene)是一种由碳原子紧密堆积的二维晶体,其优异的电学性能引起了研究者的广泛关注,并有望应用微纳米器件,微波毫米波和太赫兹等领域。本文评估石墨烯在微波器件领域未来的应用,对石墨烯应用于天线和频率选择表面的可行性进行探讨。     

基于虚拟仪器的薄膜材料拉伸测试系统

光致弯曲薄膜材料在微机电系统中有着巨大的应用前景,而材料基本物理参数的测试是重要的基础性工作.鉴于现有的薄膜材料拉伸测试机不能满足微尺度条件下的测试需要或者较为昂贵,设计出一种薄膜材料拉伸测试系统,能够精确均匀加载,并运用LabVIEW编程设计出拉伸测试虚拟仪器,实现数据采集、分析、处理和存储,以及控制信号输出.该系统具有分辨率高的优点,位移分辨率和力分辨率分别可达1μm和1mN,满足了微小尺度薄膜试验的需要.     

新型二维材料与器件应用专题简介

二维材料具有极限的尺寸和丰富的性质,是最有希望延伸摩尔定律的候选材料之一,因此是学术界和工业界关注的焦点.2019年12期,SCIENCE CHINA Information Sciences组织出版了第一期“新型二维材料与器件应用专题”,得到了广大读者的高度肯定和广泛引用.在过去一年中,国际和国内学者报道了众多二维材...     

基于多传感器的微装配系统研究

1引言 随着MEMS(微机电系统)技术的发展,对于各种光学元件、压力传感器、加速度计等微型精密元件的年需求量已达数百万.微器件的加工与装配越来越引起人们的关注,许多研究单位对于微器件进行了研究与开发.微小零件的精密加工中存在的主要问题是:如何以微观精度和低成本实现微小零件的加工与装配.近些年来,基于IC工艺和深层X射线技术也被成功用于复杂工艺的微机械零件的加工.但是,对于那些由多个不同材料不同工艺加工而成的微小器件组成的混杂系统,往往需要进行一步或多步的装配.有时也需要将常规元件与微元件装配在一个系统中.这些都需要先进的定位技术和高度灵活的装配仪器.利用常规的设备进行上述操作,实现起来很困难,而且成本很高.     

基于LabVIEW平台的新型二维微位移传感器设计

基于矩形谐振腔的光学等倾干涉原理,设计了一种新型的二维微位移传感器系统,该系统通过电耦合器件( CCD)技术对等倾干涉产生的周期性干涉条纹进行光电转换,然后将电信号导入信号处理系统进行采集与存储,最后由串行通信发送至计算机,在LabVIEW平台进行实时的监测。仿真实验结果显示,系统测量精度可以达到1μm~0.1μm.该系统采用矩形腔等倾干涉和F-P干涉相结合的方法,结构简单,成本低廉,且能够同时对二维微位移进行精确测量,可以应用于水利工程检测维护,大型建筑安全监测、精密加工中的实时控制等很多方面。     

用于单个纳米颗粒检测的固态纳米孔器件的仿真与优化

基于固态纳米孔器件的检测技术是近年来的研究热点,它可广泛用于各种纳米颗粒、生物分子检测及DNA测序等各个领域.采用数值方法对两种常用的纳米孔器件,即圆柱形纳米孔和棱台形纳米孔器件在检测纳米颗粒穿过时的局部电场变化以及离子电流特性进行了系统性的仿真和分析,提出了采用纳米孔阻塞电流因子,来评估器件性能.在此基础上,深入分析和讨论了纳米孔的孔径和孔深等参数的变化对检测纳米粒子性能的影响,并提出了优化的纳米孔器件设计方案.研究结果对纳米孔器件的制备,以及其在检测纳米颗粒的应用实践中提供了理论指导.     

中国微米纳米-微纳结构对电容式柔性压力传感器性能影响的研究

设计制备出三明治结构的电容式柔性压力传感器,并对其性能进行研究.该传感器以银纳米线为电极材料,聚二甲基硅氧烷(PDMS)为柔性衬底,同时采用毛面玻璃和光面玻璃分别作为柔性衬底的制备模板,制备出微纳结构和平面结构的PDMS薄膜.然后采用喷涂法制备AgNWs/PDMS复合电极,以另外一层PDMS为介电层,将两电极面对面封装,得到电容式柔性压力传感器,最后系统研究了传感器的电极微纳结构对器件性能的影响.本文研究表明,具有微纳结构的AgNWs/PDMS复合薄膜传感器的灵敏度为1.0 kPa-1,而平面结构的AgNWs/PDMS复合薄膜传感器的灵敏度为0.6 kPa-1,由此可知具有微纳结构的柔性衬底能够显著提高器件的灵敏度.     

微/纳米冰镊操作器执行过程的数值模拟

冰镊是一种借助于针尖与作用对象之间形成的极微小冰晶来实现对物体灵巧操纵的微/纳米操作技术,应用该器件不仅可以实现如拾取、摆放等简单动作,更可以方便地实施如拉伸、旋转等复杂操作,且不受对象的形状、带电与否、重量、材料以及质地等限制,并可与其它机构结合,组成微观意义上的自动化设备.针对冰镊的工作原理,基于相应的流体力学及传热学数学模型,从数值计算角度对微纳米尺度下冰镊的执行过程进行了模拟,在此基础上可望更好地理解冰镊的工作状态及控制过程,从而有助于设计优化新的微/纳米冰镊器件.     

微/纳米流体控制用冰阀器件执行过程的数值模拟

冰阀是一种利用微/纳米流道内流体自身的冻结/融化相变过程来实现关断或开启作用的新型流体元件.由于无运动部件、无泄漏、不会引起流体污染且易于实现电控等优点,该器件在微/纳米流体系统的控制中具有重要的应用前景.针对冰阀的工作原理,基于相应的流体力学及传热学数学模型,从数值计算角度对微流道冰阀器件的执行过程进行了模拟,并开展了相应的参数化研究,在此基础上可对冰阀的工作状态及控制过程更好地加以理解和剖析.     

基于弯曲测试的纳结构机械力学特性的表征

利用原子力显微镜对聚焦离子束刻蚀技术制备的不同纵横比的氮化硅纳米梁结构进行了弯曲测试,并讨论了一种标定原子力显微镜微悬臂梁弹簧常数的方法.实验中严格界定了欧拉细长梁的条件,在分析了纳米梁组纵横比对测试结果影响的基础上,讨论了如何修正弯曲测试结果.弯曲测试得到了纳米梁的平面模数,并进一步推算氮化硅材料的杨氏模量.测试结果验证了基于原子力显微镜系统的弯曲方法测试纳米薄膜材料杨氏模量的可行性.     

新型电子材料—沸石分子筛

介绍了沸石分子筛在化学传感器，纳米组装复合材料，光电材料和器件设计等方面的研究工作，以及超大晶体和超大孔径沸石分子筛合成的进展，这类新电子材料的新效应，新原理和新器件的设计研究将对理论和实践产生重大而深远的影响。     

超低功耗集成电路技术

集成电路技术遵循摩尔定律发展进入了纳米尺度,功耗带来的挑战日益突出,已经成为制约集成电路发展的瓶颈问题.微电子技术的发展已经进入了"功耗限制"的时代,功耗成为集成电路设计和制备中的核心问题.降低功耗有可能替代原来提高集成度、缩小器件尺寸成为未来集成电路发展的驱动力.低功耗集成电路的实现是一项综合的工程,需要同时考虑器件、电路和系统的功耗优化,需要在性能和功耗之间进行折中.随着集成电路进入纳米尺度,适于低功耗应用的CMOS技术平台由于MOSFET泄漏导致的电流增大、寄生效应严重等问题愈发突出.目前的许多低功耗技术成为了"治标"的解决方案,难以从根本上解决集成电路发展中遇到的"功耗限制"问题,一定程度上影响了纳米尺度集成电路的可持续发展.本文在深入分析影响集成电路功耗的各个方面的基础上,介绍了超低功耗集成电路的工艺、器件结构以及设计技术.