移动X射线光刻制备等腰三角形结构的PMMA微通道

利用移动X射线光刻工艺,制备了六种不同深宽比的等腰三角形结构的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)微通道。基于毛细管原理,将PMMA微通道与老鼠血液接触,对血液进行了微量采集。该PMMA微通道是中间带有凹槽结构的等腰三角形结构,凹槽结构的宽度为10μm、长度为6.7~39.4μm。将32个高度为35 mm的PMMA微通道的基板垂直插入老鼠血液样品中,通过实验测定了六种不同等腰三角形结构的PMMA微通道的接触角、表面张力及血液上升高度。结果表明,在一定范围内,PMMA微通道的深宽比越大,血液上升越容易,液体提取量也越多。对于通道横截面长度为39.4μm的微通道,样品血液在15 s时的上升高度可达到20.45 mm,达到最终30 s时上升高度的89.9%以上。     

热压印中聚合物的研究

在纳米压印技术中,热压印是普遍采用的压印方法。聚合物是压印的媒介,通过对聚合物加热、加压、冷却使聚合物成型,达到转印图形的目的。为了提高热压印技术和压印图形的精度,对聚合物受热后的特性以及聚合物的填充机理进行分析。通过实验得出,聚合物中的气体可以导致聚合物填充不完全,图形产生气泡,严重影响了图形的精度。聚合物的填充速度与模板的图案有关,平坦的模板比带有深孔的模板填充速度快。最后通过参数优化,得出高分辨率的压印图形。     

不同深宽比GaAs衬底的Al22O3/HfO2复合薄膜材料原子层沉积及能谱分析

利用热原子层沉积（Atomic Layer Deposition, ALD）技术在不同深宽比GaAs衬底上进行了Al2₂O₃/HfO₂复合薄膜的沉积。通过对其表面和能谱进行分析发现,沉积温度对复合薄膜的摩尔比具有较大的影响。随着深宽比的增大,其沉积表面和沟槽内会出现残留物;随着ALD沉积温度的上升,其沉积表面和沟槽内的残留物减少,摩尔比趋向均匀。当深宽比为2.2并利用150 ℃的低沉积温度时,表面及底面基本无残留物。但当深宽比为4.25时,150 ℃沉积明显有大量残留物。只有当温度升高到300 ℃时,表面和沟槽里复合薄膜的残留物才被明显消除。ALD技术可以实现各种器件结构的全方位钝化,这是其他化学气相沉积法无法比拟的。     

新型含硅丙烯酸酯型纳米压印胶的研究与应用

纳米压印技术因其成本低、产量高的优点广受关注,而开发可适用于纳米压印的压印胶成为该工艺的关键。合成了一种硅含量高的单体三(三甲基硅氧基)甲基丙烯酰氧丙基硅烷(TRIS),制备了一种新型紫外纳米压印用含硅丙烯酸酯型压印胶,用四点弯曲实验机和接触角测试仪表征了压印胶与模板的黏附性能,研究了配方组成对模板黏附性能的影响,优化得到了抗黏附性能优异的配方。压印实验结果表明,该压印胶与模板分离时无粘连。AFM与SEM测试结果表明,压印胶上复制得到了线宽149 nm、周期298 nm、深宽比为1的纳米光栅图形,图形结构完整。     

化学反应热效应对激光熔凝区几何特征的影响

为了研究附加化学反应热的激光熔凝区特征,采用在低合金钢表面预制Mg,Al和Fe3O4涂层进行激光处理,得到了化学反应热影响激光熔凝区形貌的实验结果。结果表明,引入化学反应热源,使激光熔化区宽度、热影响区宽度和深度增加,熔化区的深宽比降低;Al和Fe3O4涂层的熔化深度比表面黑化处理的熔深深,Mg和Fe3O4涂层的熔化深度比表面黑化处理的熔深浅;利用多元合金氧化物还原化学反应热和激光形成复合热源,可以快速形成多元合金共渗的熔凝层。     

热压印技术制作纳米光栅

通过分析脱模过程的摩擦力,讨论了模具表面处理工艺与压模质量的关系,给出了降低脱膜过程摩擦力的工艺方法.实验结果表明,用类聚四氟乙烯膜作为脱模剂能大大减小模具表面与聚合物表面的摩擦力.研究了压模、脱模工艺参数对实验结果的影响,基于HEX-02塑铸系统,真空条件下,在压模温度为195℃,模压压强为8 MPa的环境下,利用热压印技术在PMMA薄膜上复制出周期为120 nm的纳米光栅.     

高温环境下封装有相变材料的热沉结构优化

高温环境下工作的封装有相变材料的热沉,一方面利用固液相变潜热存储系统吸收电子器件散发的热量,另一方面还要吸收从高温环境传递过来的热量。热沉结构的几何外形是影响上述两个热量传递的关键因素。以热沉总体尺寸、边界条件、热沉和相变材料为约束条件,热沉基部最高温度到达临界温度的最大时间为优化目标,通过数值模拟,获得了热沉翅片高度和宽度、热沉基部宽度和厚度的优化值,优化值兼顾了热沉传热效率和蓄热能力两个方面,并对优化过程中的热沉进行了传热分析。     

铝箔的激光温冲击压印工艺及机理研究

为了研究冲击温度和冲击次数对激光温冲击压印(WLSI)铝箔成形质量的影响并揭示WLSI的机理,分别进行了不同温度和不同冲击次数下的WLSI成形实验,对WLSI的成形高度、表面质量、表面硬度和显微组织进行了测试和分析。采用ABAQUS软件对冲击过程中的成形件残余应力、变形速度进行了仿真。结果显示:在较高的冲击温度下可以获得大的成形高度和均匀的残余应力分布,但是冲击温度过高会导致成形微结构的过度氧化;在200℃下进行多次冲击,可以获得较大的成形高度和较好的表面质量。WLSI实验和数值仿真结果表明,WLSI过程包含材料的高应变率塑性变形硬化过程和动态回复软化过程,其中变形硬化起主导作用。     

双功能苯并恶嗪聚合物的制备及抗粘性能研究

合成了苯并恶嗪单体B-a,通过非等温和等温DSC测量考察了单体的热固化行为;考察了固化温度及固化时间对聚合物膜表面能的影响,并对其热稳定性进行了研究。结果表明,随着固化温度的升高,单体聚合所得聚合物的表面能先降低后基本保持不变,达到210℃后所得聚合物表面能即没有显著变化,在210℃下随着固化时间的增加,单体聚合所得聚合物的表面能先降低后升高,在固化时间为1h时所得聚合物表面能最低,单体在210℃固化1h所得聚合物膜的表面能为16.73mN/m,比纯的聚四氟乙烯的表面能(21mN/m)还要低,该条件下得到聚合物膜的表面粗糙度仅为0.204nm,玻璃化转化温度为161℃,失重5%的温度T5为334℃,可以作为抗粘材料应用在热压印技术中。     

MMI微压印模板的设计与研究

微纳米压印技术作为代替传统光刻的一种新兴技术,有着重要的应用潜力。近年来在直接加工微器件如微流体、微生物器件,特别是在微平面光学器件方面得到了较快的发展。采用微压印法直接加工聚合物微平面光学器件是一个具有实用价值和研究价值的课题。该文首先讨论并选取了聚甲基丙稀酸甲酯(PMMA),研究了聚合物多模干涉(MMI)耦合器器件的微压印模板的设计和加工,讨论了压印模板材料的影响。根据典型基于MMI聚合物分光器件模板的设计实例,由聚合物的光学性能和分光要求,设计出模板的几何尺寸,通过微细加工工艺加工出模板,并给出了初步的热压印实验结果。     

Direct e-beam writing of high aspect ratio nanostructures in PMMA: A tool for diffractive X-ray optics fabrication

We present a fast and reliable fabrication method of dense, periodic and high aspect ratio PMMA and metallic nanostructures. Biased lines are directly exposed by a 100 keV electron beam in thick layers of polymethyl-methacrylate (PMMA) resist to produce polymer mold which is later used to grow Au high aspect ratio structures by electroplating. Dense PMMA and Au nanostructures with aspect ratios >11 were manufactured in 520 nm and with aspect ratios >12 in ～1 μm thick layers of PMMA. This method was successfully applied to produce various X-ray optics devices, such as beam shaping condensers, Fresnel zone plates and diffraction gratings. The performance of a beam shaper was tested at 10 keV photon energy showing a good diffraction efficiency of 10%.     

PMMA脊形光波导的设计与场分析

利用有效折射率法（EIM）理论设计了有机聚合物脊形光波导结构,并分析光波导中传输的模式场,确定出光波导结构的适宜尺寸范围。光波导结构中分别选用PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯）与PDMS（聚二甲基硅氧烷）作为波导层与包层的材料,用光漂白法来实现脊形波导结构。首先利用EIM法分析脊形波导区的宽度与高度之间的关系对归一化色散曲线的影响,以及波导层与包层的折射率匹配的影响,然后又通过分析波导区传输的基模场来讨论传输的损耗问题。研究发现波导结构的脊宽与脊高之比w／d越大,其有效折射率neff越大,而此结构尺寸又需约束在一定范围内,否则将造成很大的传输损耗。     

A carbon nanotube polymer-based composite with high electromagnetic shielding

A novel, polymer-based carbon nanotube (CNT) composite with high electromagnetic (EM) wave shielding effectiveness (SE) and high mechanical properties was developed. Two types of CNTs with different aspect ratios and morphologies are compared in this study. Amorphous carbon and graphite powder are used as reference materials. The liquid crystal polymer (LCP) and melamine formaldehyde (MF) are used as polymer matrices to study the orientation effect of CNTs in a polymer matrix. The influences of orientation, aspect ratio, mass fraction, and morphology of CNTs upon the shielding effectiveness (SE) of CNT/polymer composites are investigated. The experimental results show that the higher the orientation, the aspect ratio, and the weight percentage of nanomaterials are in the composite, the higher the polymer composites’ SE. The nanomaterials’ morphology, especially CNTs, also affects the SE value of the polymer composite. The highest SE for the CNT/LCP composite obtained is >62 dB. The theoretically calculated SE data are consistent with experimentally obtained data.     

基于FDTD的环形孔缝电磁耦合规律研究

为提高电子设备及系统在复杂电磁环境下工作的稳定性,应用时域有限差分方法对不同脉宽电磁脉冲通过带有不同形状（方形环,圆环,矩形环）环形孔缝屏蔽腔体的耦合规律进行了分析.研究结果表明：电磁脉冲通过环形孔缝耦合现象明显,其通过圆环的耦合能量最小;对于矩形环,当入射波极化方向与环形孔缝的短边平行时,若矩形环孔缝纵横比越大,则耦合能量也越大,当极化方向与短边垂直时,则纵横比越大,耦合能量越小;入射电磁脉冲脉宽越短,电磁脉冲越容易耦合进入环形孔缝;腔体壁的反射及谐振会增强耦合效应.     

Effects of lateral heat and carrier diffusion on thermal runaway ofcw DH semiconductor lasers

Effects of lateral heat and carrier diffusion on the maximum output intensity, above which thermal runaway takes place, are determined for cw semiconductor lasers. The effects are depicted by an aspect ratio of cavity length to stripe width and a dimensionless quantity representing the efficiency of heat transfer. A concise criterion for no thermal runaway is given. The results show that the output intensity can be increased by an order of magnitude by reducing the stripe width sufficiently but that only about a twofold increase in the output power can be realized. However, a laser with a smaller stripe width can be operated at a higher temperature for the same output power. An optimization with respect to the aspect ratio and the dimensionless quantity should result in a three-to-fourfold increase even in the output power     

40nm节点高深宽比接触孔刻蚀电性能稳定性改善

随着工艺节点减小,对高深宽比接触孔形貌和关键尺寸的精准控制变得愈加困难。基于40 nm逻辑器件量产数据,研究了高深宽比接触孔刻蚀工艺参数和刻蚀设备内部耗材的磨损对器件电性能稳定性的影响,并提出了工艺改进方案。通过减小SiO_2厚度,减小接触孔深宽比,从而改善孔内聚合物在孔底部沉积的问题;通过优化刻蚀工艺参数提高SiN/SiO_2刻蚀选择比,保持刻蚀后SiO_2的厚度与改进前工艺相同。测试结果表明,工艺改进后接触孔底部关键尺寸稳定性提升36%,接触电阻稳定性提升20%。通过工艺改进提高了电参数稳定性,对40 nm工艺节点逻辑器件产品良率提升起到了关键作用。     

矩形波导中电磁波传输特性研究

本文基于功率流分别讨论了在矩形波导横截面积一定,TEm0和TMmn模式单独传输时,宽长尺寸比的最优解问题,得到了TEm0波传播时,其宽长比应趋近于0;TMmn波传播时,m＜n,仅TM12的宽长比为1;m≥n,宽长比为n/m.所得结果对矩形波导尺寸的选择和设计有潜在的应用价值.     

Near-infrared emission from PbS quantum dots in polymer matrix

PbS quantum dots were prepared in the aqueous medium from readily available precursors. The shape of the particles isapproximately spherical, and the average particle size observed from HRTEM image was 7-8 nm. We applied PbS quantumdots and PMMA polymer to fabricate PbS quantum dots-PMMA composites, and investigate the photoluminescence PbSquantum dots in PMMA matrix with different mass ratio. PbS quantum dots in PMMA matrix have broad emission be-tween 900 nm and 1 500 nm and photoluminescence peak at 1 179 nm. Additionally, the photoluminescence intensityincreases with increasing the dopant concentration. PbS quantum dots-PMMA polymer composites can be potentially usedfor polymer optical fiber and electroluminescence (EL) in optical communication.     

High aspect ratio nano mold fabrication by advanced edge lithography without CVD

Very narrow SiO₂ line patterns with extremely high aspect ratio are fabricated on a silicon wafer by new edge lithography process. The simple process without chemical vapor deposition process is developed. The Si step etching is carried out by F radical dominant etching by reducing the loading effect. The straight line of 25 nm width and 700 nm height is fabricated. The circular line with 40 nm width and 400 nm height is also fabricated. The aspect ratios for the straight and circular lines are 28 and 10, respectively. In order to the fabricate imprint mold, the fabricated narrow lines are replicated to a nickel by the electro forming. The nickel replica with 40 nm cavity width is successfully fabricated.