高精度电子束光刻技术在微纳加工中的应用

对电子束光刻系统的原理以及在微纳加工领域的应用进行了讨论。首先对光刻系统的工作原理进行了阐述。然后讨论了电子束光刻的关键工艺,如光胶的选择、剥离工艺的优化以及邻近效应对图形的影响及修正方法。由于电子束光刻在科研领域展现了巨大的潜力,因此吸引了许多学者的注意。最后,举例介绍了电子束光刻在生物医学和硅光电子上的应用。     

电子束光刻技术的原理及其在微纳加工与纳米器件制备中的应用

电子束光刻是微电子技术领域重要的光刻技术之一,它可以制备特征尺寸10nm甚至更小的图形.随着电子束曝光机越来越多地进入科研领域,它在微纳加工、纳米结构的特性研究和纳米器件的制备等方面都呈现出重要的应用价值.本文以几种常见的电子束曝光机为例,说明电子束光刻的工作原理和关键技术,并给出一些它在纳米器件和微纳加工方面的应用实例.     

光学超构表面的微纳加工技术研究进展

超构表面由二维平面内精心排布的亚波长单元组成,为设计超紧凑型光学元件提供了新的范式,在微型化光学系统方面显示出了极大的潜力。在不到十年时间里,超构表面由于具有超轻、超薄且能够操纵光波的各种参量以实现多功能集成的优势在多学科领域引起了广泛的关注。然而,在光学波段,高自由度、非周期、排列密集的超构单元对其加工制备提出了很多极端的参数要求,如极小尺度、极高精度、高深宽比、难加工材料、跨尺度等,这使得超构表面从实验室走向实际应用面临极大的挑战。文中总结了近些年用于超构表面各类微纳加工方法的各类方法的原理、特点和最新进展,包括小面积直写方法、大面积模板转移方法以及一些新兴的加工方法。最后,针对超构表面在加工方面的目前的挑战和未来的发展趋势进行了总结和展望。     

液晶光学相控阵子阵列寻址电极的加工工艺

基于液晶光学相控阵(LCOPA)电极基板的子阵列连接方案,利用电子束直写和激光直写混合光刻技术,进行了通光区域电极条纹、外围电路和子阵列联络孔的微纳米加工工艺研究。结果表明利用激光直写技术,可以形成最小线宽0.5μm的液晶光学相控阵电极图案,曝光时长48 min,具备可制造性。利用富含导电颗粒的SX AR-PC5000/90.1涂层,可以有效解决电子束在绝缘玻璃基底上直写时由电荷积累所产生的电子束曝光场拼接偏移与火花放电等问题,保证了电子束直接曝光子阵列电极上下导电层之间的联络孔套刻精度。利用特定电子束直写对准标记,解决了绝缘体表面在混合光刻中套刻对位精度问题。     

微纳加工技术“四位一体”教学模式探索

先进制造业的发展对我国产业升级转型具有重要意义,为适应该领域技术和产业的人才需求,亟需加强相关专业人才的培养。针对目前微纳加工技术课程教学模式、评价体系存在的问题,结合微纳加工技术多学科交叉、实践性强的特点,提出理论结合仿真、实验融合实践“四位一体”多层次、立体化教学模式,为微纳加工教学的发展和变革做出探索,为微纳电子领域应用创新型人才培养提供参考。     

利用ITO微纳结构提高石墨烯紫外LED光提取效率

为了改善因为铟锡氧化物(ITO)薄层对紫外光具有高吸收率,从而导致石墨烯紫外LED低光提取效率(LEE)问题,采用ITO微纳结构(矩形和三角形)作为石墨烯紫外LED缓冲层的方法,利用时域有限差分法,对ITO微纳结构进行优化,并对石墨烯紫外LED进行了理论分析.结果表明,当矩形微纳结构厚度为160nm、占空比为0.7、周...     

探讨飞秒激光微纳加工技术及其应用

激光微纳加工技术是制造技术中的一种先进高新技术,目前已在工业、机械制造等诸多领域有了广泛的应用。运用这种技术对材料进行加工,可以达到纳米级的加工分辨率,可以大大提高机械加工的精度与效率。本文主要探讨了飞秒激光微纳加工技术的原理与特征,以及该技术在实际中的应用。     

微纳光纤的研究进展

简要介绍了微纳光纤的制备方法,概述了微纳光纤的光学损耗、模场分布和波导色散等传输特性。重点评述了基于微纳光纤的谐振腔、激光器、传感器等微纳光子器件的研究进展及其潜在的应用。     

新型能源器件的激光微纳加工研究进展

随着科学技术的不断发展,新型能量转化和存储器件的研究受到了科学工作者的广泛关注,有望减小人类社会对化石燃料的依赖,构建全球能源新格局。激光具有能量密度高、空间分辨率高、可定制性强等特点,在先进功能材料的开发和新型能源器件的微纳结构构建方面具有独特的作用。概述了激光在新型能源器件和相关先进材料领域的研究进展,其中新型能源器件主要包括超级电容器、可充电电池、太阳能电池、水汽自发发电器件等;先进材料领域的研究进展涉及器件电极的激光微纳加工、材料的激光改性和功能化、器件结构的激光微结构构建、柔性能源器件制备等。最后,对激光在新型能源器件领域的相关研究进行了总结和展望。     

Ultraprecise 3D Printed Graphene Aerogel Microlattices on Tape for Micro Sensors and E-Skin

3D printed graphene aerogels hold promise for flexible sensing fields due to their flexibility, low density, conductivity, and piezo-resistivity. However, low printing accuracy/fidelity and stochastic porous networks have hindered both sensing performance and device miniaturization. Here, printable graphene oxide (GO) inks are formulated through modulating oxygen functional groups, which allows printing of self-standing 3D graphene oxide aerogel microlattice (GOAL) with an ultra-high printing resolution of 70 µm. The reduced GOAL (RGOAL) is then stuck onto the adhesive tape as a facile and large-scale strategy to adapt their functionalities into target applications. Benefiting from the printing resolution of 70 µm, RGOAL tape shows better performance and data readability when used as micro sensors and robot e-skin. By adjusting the molecular structure of GO, the research realizes regulation of rheological properties of GO hydrogel and the 3D printing of lightweight and ultra-precision RGOAL, improves the sensing accuracy of graphene aerogel electronic devices and realizes the device miniaturization, expanding the application of graphene aerogel devices to a broader field such as micro robots, which is beyond the reach of previous reports.     

基于微纳光纤的通信器件研究进展

详细介绍了基于不同种类微纳光纤的光源、光耦合器、光开关和滤波器的结构、工作过程及性能参数,总结了基于微纳光纤的光纤通信器件的研究进展情况。指出微纳光纤器件的实用化是光纤通信器件的发展方向。     

用于高效太阳电池的硅基微纳结构及制备

介绍了用于高效太阳电池的几种硅基微纳结构的最新研究进展,重点介绍了几种硅基微纳结构的制备方法,如阳极腐蚀制备多孔硅、各向异性制绒以及气液固(VLS)生长纳米线等,并对各种方法的特点作了分析比较,指出了各种方法存在的问题。最后对今后研究的方向做了展望,由于太阳电池在性能提高以及产业应用方面的需求,未来用于高效太阳电池的硅基微纳结构仍是研究的热点之一。进一步提升其对太阳电池效率的优化能力将是研究的重要关注点,而其制备技术也将向着低成本、大规模及可控制的方向发展。     

操纵微小世界的工具——微/纳米镊的研究与应用

在许多领域内,对微小物体的操纵一直都是极富挑战性的课题。这类技术以其在对微/纳米器件或生物学对象进行操作、加工、表征、装配及测试中的关键作用,正成为微/纳米技术尤其是微自动化领域中的一个极为重要的研究方向。本文归纳和总结了微/纳米操作技术方面的最新研究进展,并按照各种微/纳米镊的工作原理进行分类,分别对基于机械、水力学、电、磁、声、光、热以及这些效应的组合发展起来的微/纳米操作技术进行了评述,特别介绍了其中的一些典型应用。可以看到,微/纳米镊技术的发展,将给微小世界的研究和应用增添更多强有力的工具。     

Direct Graphene Transfer and Its Application to Transfer Printing Using Mechanically Controlled,Large Area Graphene/Copper Freestanding Layer

Direct graphene transfer is an attractive candidate to prevent graphene damage, which is a critical problem of the conventional wet transfer method. Direct graphene transfer can fabricate the transferred graphene film with fewer defects by using a polymeric carrier. Here a unique direct transfer method is proposed using a 300 nm thick copper carrier as a suspended film and a transfer printing process by using the polydimethylsiloxane (PDMS) stamp under controlled peeling rate and modulus. Single and multilayer graphene are transferred to flat and curved PDMS target substrate directly. With the transfer printing process, the transfer yield of a trilayer graphene with 1000 µm s^?1 peeling rate is 68.6% of that with 1 µm s^?1 peeling rate. It is revealed that the graphene transfer yield is highly related to the storage modulus of the PDMS stamp: graphene transfer yield decreases when the storage modulus of the PDMS stamp is lower than a specific threshold value. The relationship between the graphene transfer yield and the interfacial shear strain of the PDMS stamp is studied by finite‐element method simulation and digital image correlation.     

基于微/纳尺度冷却扩展热电元件的制冷极限(英文)

提出一种借助于在热电冷却器热端引入微尺度冷却,以提高其制冷性能参数的新方法,并建立了相应的理论模型来刻画该过程,并在此基础上对各类有助于提高制冷性能的潜在途径进行了参数化研究。结果表明,热电臂中存在一个最佳冷却长度,可在其冷热端实现最大的温度差。讨论了将该方法在低温环境及其他几类特殊场合的应用,并分析了加工该结构的相关问题。与通过改进材料来提高制冷性能的方法相比,该方法可在材料性能已趋极限时,提供一种新的物理途径用以强化热电冷却元件制冷性能。     

电阻抗刻画微/纳米流体通道中溶液的流动参数(英文)

提出了采用一对中空的圆柱形电极作为微/纳米流体通道的一部分,对流经该处的电解液的电阻值进行测定,由此刻画溶液的流动速率、浓度及温度等参数的方法。从理论上推导出微流体电解液的电阻值与上述参数之间的关系式,并解释了该方法的测试机理。在此基础上,完成了几类典型的原理性实验,对流动于毫/微米通道中的溶液的温度、流速及浓度等对电阻值的影响进行了测试,结果表明基于电阻测定可以很好地刻画微流体的性能。进一步讨论了将该方法与其他测量措施相结合,以同时确定多种微流体参数的可行性。     

液态金属离子源聚焦离子束系统在微米/纳米技术中的应用

随着微米／纳米科学技术的发展,微细加工微区分析所用的主要技术之一－聚焦离子束技术引人注目。本文简述了具有液态金属离子源的聚焦离子束技术的主要功能,着重报道了近来该技术下述领域中的应用。     

微纳光纤改善光束质量的研究

采用时域有限差分法(FDTD),在微米量级下,模拟了微纳光纤对于光束质量的改善情况。实验中所使用的微纳光纤是采用火焰熔融拉锥法,将单模光纤熔融拉锥制成的,并采用CCD测量光束质量因子M2,对比测量了光束通过普通单模光纤和熔锥微纳光纤的光束质量。实验结果显示,与普通单模光纤相比,熔锥微纳光纤可以改善光束质量。实验与FDTD模拟计算得到的结果相一致。     

Direct 3D Printing of Ultralight Graphene Oxide Aerogel Microlattices

Graphene aerogel microlattices (GAMs) hold great prospects for many multifunctional applications due to their low density, high porosity, designed lattice structures, good elasticity, and tunable electrical conductivity. Previous 3D printing approaches to fabricate GAMs require either high content of additives or complex processes, limiting their wide applications. Here, a facile ion‐induced gelation method is demonstrated to directly print GAMs from graphene oxide (GO) based ink. With trace addition of Ca²⁺ ions as gelators, aqueous GO sol converts to printable gel ink. Self‐standing 3D structures with programmable microlattices are directly printed just in air at room temperature. The rich hierarchical pores and high electrical conductivity of GAMs bring admirable capacitive performance for supercapacitors. The gravimetric capacitance (C_s) of GAMs is 213 F g^?1 at 0.5 A g^?1 and 183 F g^?1 at 100 A g^?1, and retains over 90% after 50 000 cycles. The facile, direct 3D printing of neat graphene oxide can promote wide applications of GAMs from energy storage to tissue engineering scaffolds.