晶体材料纳米切削加工机理的研究

正纳米加工技术已成为国家科学技术发展水平的重要标志,国防战略发展和纳米级高精度、高质量、低损伤尖端产品的迫切需求,促进了纳米加工技术的快速发展。在纳米尺度,理解材料的变形、去除机理对于加工高质量的微纳器件至关重要,多晶材料作为制造微纳器件的主体,具有晶粒尺寸较小、大比例晶界和缺陷结构极少的特征,但目前对于多晶材料的去除机理仍缺乏研究基础和理论依据。纳米加工实验由于研究对象尺寸达到纳米量级,存在加工过程中材料的组织结构变化及缺陷演化难以动态观测和控制,可重复性差等问题,使之难以获得满意结果。从而科学计算和计算机仿真技术成为研究纳米加工     

栅极调控纳米通道器件尺寸与调控性能的仿真研究

运用COMSOL Multiphysics多物理场仿真软件对栅压调控纳米通道器件进行数值分析,通过耦合静电场、稀物质传递和层流模块进行仿真,以相同偏压下栅压变化对电渗流速度的调控作为评价标准,分析了不同通道高度、介电层厚度和通道长度尺寸下的栅压调控性能,结果表明栅压调控纳米通道器件的调控性能和器件尺寸参数有较大联系,优化器件尺寸参数是优化调控性能的重要手段.     

纳米平板硅波导的特性研究

基于麦克斯韦方程和数值计算方法对芯层厚度在纳米尺度的空气包层电介质光波导的导波特性进行了分析。编程得到了包层、芯区、衬底三部分各自能量的比例关系;有效折射率随芯区厚度变化的规律;群折射率和群速度随波长变化的规律;以及色散曲线。并将结果与微米尺度的情况进行了比较、讨论,发现由于芯区尺寸的减小,使得模场向外泄露,耦合性增强。这对于纳米尺度光子器件的设计和制造具有重要的意义。     

基于AFM的纳米尺度线宽计量模型及其算法的研究

纳米尺度线宽的测量广泛应用于半导体制造、数据存储、微机电系统等领域。随着制造技术的进步,线宽的极限尺寸也变得越来越小,目前已经缩小至100 nm左右。在这一尺度范围内,由于样本制造技术的限制和测量仪器的影响,目前很难得到准确的测量结果。为了获得样本的真实几何尺寸信息,剔除测量方法和仪器本身对测量结果的影响,建立了一个基于AFM测量技术的线宽计量模型和相应算法。该模型将被测样本的截面轮廓用20个关键点分成5个部分共19段,用基于最小二乘的直线来拟合实际轮廓。应用该模型和算法可以分别得到单刻线轮廓拟合前后的顶部线宽b_T、b_(TF),中部线宽b_M、b_(MF),底部线宽b_B、b_(BF),左右边墙角A_L、A_R,以及高度h_。使用NanoScope Ⅲa型AFM对一个单晶硅(Si)线宽样本进行了测量,测量结果表明该模型和算法可以满足纳米尺度线宽计量的基本要求。     

纳米晶精密电铸技术的研究

采用高频脉冲电流、高速冲液及加入有机添加剂等细化晶粒方法，开展了纳米晶精密电铸技术的试验研究。分析、研究了过程参数及添加剂对沉积层的晶粒尺寸及微观硬度和耐腐蚀性的影响。结果表明，采用上述细化晶粒方法，可制备出晶粒最小尺寸为20nm的电铸沉积层；随着晶粒尺寸的减小，沉积层微观硬度和耐腐蚀性能得到了明显提高。     

接触测量中的微探球力变形研究

随着微纳米测量系统中测头微探球尺寸的不断减小和测量不确定度要求的不断提高,测力所引起的力变形误差对测量系统不确定度有着不可忽略的影响。根据Hertz理论,构建了微探球与工件接触时的接触模型、微探球与试样力变形模型,给出了最大允许测力估计方法和力变形计算方法。以现有的3种微纳米三坐标测量机微探球为参考,分别估计了允许最大测力及引起的力变形。结果表明,对于纳米量级测量不确定要求,接触式测量中微探球的受力变形误差是不可忽略的。     

多晶硅微悬臂梁断裂失效强度的尺寸效应

为了了解构件尺寸的微型化给材料的强度和弹性模量带来的影响,利用纳米硬度计通过微悬臂梁的弯曲实验来测量其力学特性.该方法可精确测量微悬臂梁纳米级弯曲形变,但必须考虑压头在微悬臂梁上的压入及微悬臂沿宽度方向的挠曲.试验研究表明,多晶硅微悬臂梁的平均弹性模量为156GPa±(4.52～9.83)GPa,其失效断裂强度表现出对构件有效体积和表面积的尺寸效应.由实验测得的失效强度得到KC=1.62MPa*m1/2,计算出的缺陷尺寸a为58～117nm.     

纳米连接过程的分子动力学模拟研究进展

纳米材料因其特有的结构和性能而得到广泛的应用，纳米连接技术也随之发展起来。在纳米加工领域，虽然有很多先进的显微分析手段，但由于实时观察技术的限制，材料的很多现象和行为很难通过实验进行观测和分析，而分子动力学适用于几纳米到几十纳米的三维空间尺度和纳秒以下的时间尺度，同纳米加工领域很多过程的时间尺度和空间尺度保持一致，因此，利用分子动力学模拟纳米材料性能和连接过程原子的动力学行为是可行的。综述了纳米材料（包括纳米多层膜、纳米线、碳纳米管、纳米颗粒）在纳米连接过程以及连接大尺寸材料过程中的分子动力学模拟研究进展，模拟结果与实验结果基本吻合。结合最新研究进展，讨论了分子动力学模拟在纳米连接应用中的存在问题、解决办法和发展趋势。     

带孔纳米单晶铜悬臂梁弯曲的分子动力学模拟

应用分子动力学方法模拟了带孔纳米单晶铜悬臂梁的弯曲过程。通过一端固定另一端施加横向作用力驱使原子运动,得到纳米单晶铜悬臂梁弯曲的变形图。对其不同于宏观连续介质理论的位移-载荷曲线进行分析,给出了合理的解释。结果表明:纳米尺度下的微缺陷对纳米单晶铜悬臂梁的性能具有明显的影响;尺寸效应和表面效应的影响,以及位错滑移和弛豫的综合作用,使得纳米单晶铜悬臂梁在纳米尺度下表现出与宏观尺度下不同的力学特性。     

TEM纳米尺度石墨标样的制备

透射电镜的长度标尺或公称放大倍数是判断试样中组织细节尺寸的依据,需要应用纳米级长度标样进行校准。本文介绍了一种用石墨制备透射电镜专用纳米尺度标样的方法,对石墨的X射线衍射分析以及对石墨标样的TEM高分辨像和电子衍射分析表明,标样中石墨的高分辨像为（002）晶面的点阵像,其晶面间距为0．342nm,可作为纳米尺度的参照材料。本文对使用纳米尺度标样校正ETEM标尺的基本方法进行了简要讨论。     

冷喷涂制备纳米结构超硬WC-Co涂层及其结构表征

采用纳米结构WC-12Co粉末通过冷喷涂方法制备了纳米结构WC-Co涂层，测量了粉末粒子沉积的临界速度。通过X射线衍射、扫描电镜和透射电镜表征了涂层微观结构，采用维氏硬度计测定了涂层显微硬度。研究了单个WC-Co粉末粒子的沉积行为，为了比较分析涂层与相应烧结块材的性能差异；测量了WC颗粒尺寸。研究结果表明，采用纳米结构WC-12Co粉末可以成功制备纳米结构，WC-Co涂层；涂层组织致密，喷涂粉末中的纳米结构在冷喷涂过程中完全移植到了涂层。涂层，的维氏显微硬度达到1820HV0．3，与相应烧结纳米WC-Co块材的硬度相当。并对WC-Co粉末的沉积行为与粉末结构对涂层的影响进行了分析讨论。     

宽范围高对准精度纳米压印样机的研制

传统的光学光刻技术由于受光波波长和数值孔径等因素的限制难于制作特征尺度小于100nm的图案.与传统光刻相比,纳米压印光刻的分辨率不受光的衍射和散射等因素的限制,可突破传统光刻工艺的分辨率极限,因而被认为是一种获得100nm以下图案较好的下一代方法.介绍了自行研制的具有高定位和对准精度的纳米压印样机.利用该样机压印出的纳米级光栅、微凸点阵列、微透镜阵列等纳米结构和微器件的图形质量均匀性良好.该工艺为实现低成本、大批量复制纳米结构创造了条件,在半导体集成电路、微光学、生物和化学分析等微纳结构和器件的制作中有着广泛的应用前景.     

纳米测量技术的挑战与机遇

纳米测量技术是纳米科学技术的基础学科之一。纳米科学技术的快速发展，不但给纳米测量技术提出了挑战，同时也给纳米测量技术提供了全新发展的机遇，综述了国内外纳米测量技术发展的现状，重点讨论了纳米材料，纳米电子学和纳米生物学等领域所涉及的纳米测量与性能表征的难题和挑战，论述了纳米科技成果给纳米测量技术带来的发展机遇，最后对纳米测量技术的发展方向做了展望。     

纳米超微粉晶粒尺寸测量技术

纳米材料的性质强烈依赖晶料尺寸大小。测量纳米超微粉中晶料尺寸的技术无论从制备上还是从应用上都具有重大的意义。本文以纳米氧化锡晶料尺寸测量为例，分析比较子透射电镜（ＴＥＭ），扫描电镜（ＳＥＭ）高分辨电子显微镜（ＨＲＥＭ）和Ｘ射线衍射（ＸＲＤ）测量结果。对它们在工业上应用价值进行了综合评述。     

大面积纳米压印技术及其器件应用

大面积纳米压印技术是一种利用模板压印方法大规模制备大面积微纳米结构的图形化技术,具有重复性好、成本低及结构分辨率高等优点.对各类聚合物及介质的快速结构成型使得大面积纳米压印技术在制备微纳光学、光电器件方面具有独特的优势,可应用于发光二极管、显示器、增强现实光波导及微流控芯片等众多领域,并在纳米技术商业化中发挥关键作用....     

基于结构纳米薄膜的微纳连接技术研究进展

随着结构系统及功能器件的小型化,微小空间下的异质材料高效集成互连成为了精密仪器系统设计与器件开发的迫切需求.为满足高质量、批量化以及绿色环保的微纳制造工艺要求,结合先进纳米薄膜制备工艺得到的非稳态或亚稳态的纳米尺度薄膜材料由于其特殊的尺度效应以及表/界面结构特征,在高精度异质材料互连领域正得到广泛的研究与应用.对不同体...     

基于广义椭偏仪的纳米结构测量理论与方法研究

<正>纳米制造是指产品特征尺寸为纳米量级的制造技术。为了实现纳米制造工艺的可操纵性、可预测性、可重复性和可扩展性,保证基于纳米科技的产品满足可靠性、一致性、经济性及规模化生产等多方面的要求,在纳米制造过程中对纳米结构的几何特征参数进行快速、低成本、非破坏性的精确测量具有重要的意义。尽管扫描电子显微镜和原子力显微镜都可以满足纳米级尺度的测量要求,但其显著缺点是速度慢、成本高、设备操作复杂、难以实现在线集成测量。与之相比,光学散射测量技术,由于其本身具有的快速、低成本、非破坏性和易于集成等优点,因而在先进工艺监测与优化领域获得了广泛的应用。     

纳米测量技术研究的若干进展

对纳米测量的长度测量、粒度测量、测量标准、测量仪器及其与计算机通讯及网络技术的结合等方面进行了讨论，并对纳米测量国际学术会议及纳米测量的有关技术进行了综述。     

纳米测量学的发展与展望

本文评论了纳米测量的发展与展望，提出了常规分析技术的改造以及新型纳米测量仪器的制造是发展纳米测量科学的两个重要途径，预测了未来纳米测量仪器的水平及在高科技领域中的应用。     

使用原子力显微镜测量刻线边缘粗糙度的影响因素

为了满足微电子制造技术中不断提高的刻线边缘粗糙度测量与控制精度的要求,对使用原子力显微镜(AFM)测量刻线边缘粗糙度的影响因素进行了研究.基于图像处理技术从单晶硅刻线样本的AFM测量图像中提取出线边缘粗糙度,并确定出其量化表征的参数.然后,根据线边缘粗糙度测量与表征的特点,对各种影响因素,包括探针针尖尺寸与形状的非理想性、AFM扫描图像的噪声、扫描采样问隔、压电晶体驱动精度、悬臂梁振动以及线边缘检测算法中的自由参数等进行了理论和实验分析,并分别提出了抑制及修正的方法.研究表明,在分析各种可能导致测量误差的影响因素的基础上,消除或减小其影响,可以提高刻线边缘粗糙度测量的准确度,为实现纳米尺度刻线形貌测量的精度要求提供理论与方法上的支持.