微纳米加工工艺数据库的设计研究

面向973重大科学研究计划"基于纳米结构的宽光谱高效太阳能电池关键科学问题研究"、"低维等离子体系统的量子调制及应用研究"和江苏省重大成果转化项目"第三代半导体产业发展关键材料-氮化稼(GaN)晶片开发及产业化"的微纳米结构和器件制备需要,依托苏州纳米技术与纳米仿生研究所纳米加工公共平台和测试分析平台产生的丰富的微纳米加工工艺数据资源,研究设计一个微纳加工工艺数据库,包括原始数据存储数据库、数据整合集成数据库、运行状态数据库、典型问题数据库、异常信息数据库等,实现对微纳米器件加工工艺的有效收集、整理和加工提炼,满足科研人员数据分析、计算和开发新工艺的模拟预测的需求,形成一批通用微纳加工工艺,并逐步在中科院研究所间以及研究所与企业间实现数据共享。通过微纳加工工艺数据库的建立,收集积累大量的加工工艺,为科研人员进一步开展微纳米器件研究提供必要的通用工艺及其加工工艺模拟分析,实现成果共享,减少费时费钱的通用微纳加工工艺的重复研究,加快研究进程,达到降低研究成本和提高研究效率的作用。     

纳米结构陶瓷涂层的磨削机理

用压痕断裂力学模型或切削加工模型来处理纳米结构陶瓷的磨削去除机理.把磨削中磨粒与工件的相互作用近似看成理想的小规模压痕现象,研究磨削裂纹的形成与扩展过程、材料的去除过程以及陶瓷磨削表面缺陷来评价陶瓷加工表面质量.切削加工模型证明了虽然材料去除通常由脆性去除实现,但大部分磨削能消耗与塑性变形有关.     

基于分子动力学的微纳米切削模拟研究进展

随着微纳米技术的发展,已经进入到微纳米科技时代,但微纳米加工领域的进一步发展却在一定程度上受到微纳米加工技术以及对微纳米加工机理缺乏认识的限制,随着微纳米加工尺度的减小,微纳米加工试验也越来越困难,现有的基于连续介质力学和剪切模型的理论分析方法已不能适用,而采用分子动力学模拟方法却能克服这些困难.通过分析国内外基于分子动力学微纳米切削加工模拟的研究现状,探讨了其研究现状的不足及未来发展的方向.     

基于SPM的纳米加工技术研究

扫描探针显微镜(SPM)纳米加工技术是当前非常活跃的纳米加工研究领域,其研究成果有可能成为微纳米器件制作的主要方法。论文主要介绍了单原子操纵、阳极氧化法,以及机械刻蚀加工等SPM纳米加工方法的机理、特点及研究进展动向。     

基于SPM的纳米加工技术研究

扫描探针显微镜（SPM）纳米加工技术是当前非常活跃的纳米加工研究领域,其研究成果有可能成为微纳米器件制作的主要方法。论文主要介绍了单原子操纵、阳极氧化法,以及机械刻蚀加工等SPM纳米加工方法的机理、特点及研究进展动向。     

多晶硅的纳米切削的分子动力学仿真研究

分子动力学方法是探索纳米级机械加工机理的有力工具。这里运用分子动力学方法对人工构造的多晶体材料——多晶硅的纳米切削进行了三维仿真，采用了最适用于碳族材料的Tersoff势函数来描述工件上的硅原子、刀具上的碳原子及他们之间的相互作用。材料模型中包含了点缺陷、线缺陷、不同晶向及晶界等在多晶体材料中出现频繁的典型结构。通过对结果的分析，使我们对多晶体的纳米切削机理有了新的认识。     

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...     

双光子聚合加工均匀木堆结构方法的研究

由于双光子聚合所具有的纳米级加工分辨率以及真三维制造能力,被广泛应用于微米纳米制造领域。利用双光子聚合加工的三维木堆结构是实现生物支架、光子晶体、超材料等功能器件的重要途径之一。但是加工结构在经过后处理之后产生的不均匀收缩成为获得高质量木堆结构的重要阻碍,严重时会导致失去其结构的功能性。为了实现木堆结构的均匀性加工,提出一种通过降低加工结构与基底附着力的方法,来实现均匀木堆结构的加工。此外,采用Ormocomp光敏材料以及双光子聚合加工技术,对基底高附着力和低附着力的木堆结构分别进行了加工。通过对加工所得木堆结构的各层尺寸的测量,验证了所提出方法的有效性。     

多晶体纳米切削的分子动力学仿真研究

分子动力学方法是探索纳米级机械加工机理的有力工具。这里运用分子动力学方法对人工构造的多晶体材料———多晶硅的纳米切削进行了三维仿真,采用了最适用于碳族材料的Tersoff势函数来描述工件上的硅原子、刀具上的碳原子及他们之间的相互作用。材料模型中包含了点缺陷、线缺陷、不同晶向及晶界等在多晶体材料中出现频繁的典型结构。通过对结果的分析,使我们对多晶体的纳米切削机理有了新的认识。     

生物去除加工现状综述及其技术分析

介绍了生物去除加工技术产生的背景、发展概况和加工机理。着重对生物去除加工的材料种类、生物去除加工所用的微生物种类和培养基种类进行了详细的综述。分析了目前生物去除加工尚未得到应用的原因,展望了生物去除加工技术未来的研究方向,为深入研究生物去除的加工机理、拓展生物去除加工的应用领域提供参考。     

化学机械磨削技术研究现状与展望

化学机械磨削能通过化学机械协同过程实现单晶硅、石英玻璃等硬脆材料的超精密高质低损加工,被广泛应用于半导体以及光学等领域器件的平坦化加工。在综述化学机械磨削技术材料去除机理、磨削工艺以及复合加工工艺等方面研究现状的基础上,对上述研究现阶段存在的问题进行了分析讨论。分析表明,从固固相化学反应机制和化学机械协同效应角度揭示化学机械磨削机理,有助于从材料去除机理、磨具结构设计以及复合加工工艺开发等角度创新得到提高该技术加工效率的可行性方法。最后,对化学机械磨削技术在多样化加工对象、较复杂结构加工、多能场复合加工工艺以及智能数据库开发等方向的发展进行了展望。     

新一代半导体材料氧化镓单晶的制备方法及其超精密加工技术研究进展

氧化镓(β-Ga2O3)单晶是继碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)之后,制造超高压功率器件、深紫外光电子器件、高亮度LED等高性能半导体器件的新一代半导体材料,大尺寸低缺陷氧化镓单晶的制备方法以及高表面质量氧化镓晶片的超精密加工技术是实现氧化镓半导体器件工业应用的瓶颈之一.针对易产生结构缺陷的氧化镓单晶的制备,系统阐述焰熔法、提拉法、光浮区法、导模法、布里奇曼法等氧化镓单晶制备方法的国内外研究进展,通过对比不同方法制备氧化镓单晶的晶体生长速度、晶体尺寸和内部缺陷等,分析不同制备方法的优缺点,指出大尺寸低缺陷氧化镓单晶制备方法的未来发展趋势;针对硬度高、脆性大、各向异性大、极易解理破碎的氧化镓晶片的超精密加工技术,详细介绍国内外在超精密加工氧化镓晶片的表面材料去除机理、亚表面损伤产生机理与演变规律,以及氧化镓晶片超精密磨削、研磨和抛光工艺等方面的研究进展,分析氧化镓晶片在加工过程中极易解理破碎的原因和目前采用游离磨料研磨工艺加工氧化镓晶片的局限性,提出未来实现大尺寸氧化镓晶片高效率高表面质量加工的工艺方法.分析表明,在氧化镓单晶制备方面,导模法将是未来批量化制备大尺寸低缺陷氧化镓单晶的最佳方法,但生长过程中气氛的选择与调控、不同缺陷的产生机理与抑制方法以及p型氧化镓单晶的掺杂方法等问题亟需解决.在氧化镓晶片超精密加工方面,基于工件旋转磨削原理的金刚石砂轮超精密磨削技术将是实现大尺寸氧化镓晶片高效高表面质量加工的有效方法,但氧化镓单晶延性域去除和解理破碎的临界磨削条件、表面质量和加工效率约束下的砂轮参数和磨削参数的选择等问题还亟待系统研究,才能为氧化镓晶片的超精密磨削加工提供理论指导.     

砂轮约束磨粒喷射加工表面材料去除机理

基于磨粒特征尺寸与砂轮、工件间液膜厚度比值的变化研究了磨粒喷射光整加工的材料去除机理,建立了两体研磨及三体冲蚀单颗磨粒的材料去除模型和材料去除率模型。试验在MB1332A外圆磨床上完成,加工试样为Sa=06μm左右的45钢。加工表面形貌和微观几何参数分别用SEM和MICROMESVRE2表面轮廓仪测量,试验结果和材料去除模型相吻合。试样表面连续的方向一致的沟槽被随机不连续的微坑所代替,随着加工循环的增加,Sa值由06μm下降到02μm左右。此外,光整加工可以获得各向同性网纹交错的表面,表面轮廓的支撑长度率提高,对工件的耐磨性有利。      

脆性晶体的超精密加工

用单刃金刚石车削试验研究超精密加工脆性晶体材料的机理。通过讨论加工参数和材料特性来研究脆塑性转换机理。重点研究了加工单晶材料时晶向对临界切深、微切削力和表面粗糙度的影响；还探讨了加工多晶材料时晶界台阶的形成。超精密加工各种脆性晶体都可得到各向同性的纳米级表面粗糙度的光学表面。     

微铣削加工技术研究现状及发展趋势

在微制造加工领域,微铣削因具有加工材料的多样性和能实现三维曲面加工的独特优势,近年来受到国内外学者越来越广泛的关注.根据微铣削的最新研究成果,从微铣削的加工设备、加工机理、加工材料三个方面,对近年来微铣削加工技术的研究现状进行分析和总结,并进一步指出微铣削研究的未来发展趋势.     

基于原子力显微镜的纳米加工研究

以原子力显微镜(AFM)作为加工工具对单晶硅进行了基于金刚石针尖的纳米加工试验,运用不同的方法对纳米加工区域的特性、材料在不同垂直载荷下的去除机理及切屑形成特征进行了系统的研究和分析,提出了一种在纳米尺度下研究加工机理的新方法。在此基础上,应用有限元法对AFM纳米加工中存在于金刚石针尖和被加工材料之间的接触作用机制进行了计算仿真。     

硬脆单晶材料塑性域去除机理研究进展

硬脆单晶材料具有高硬度、低密度、低热膨胀系数、化学稳定性好等特点,近年来在光学、航空航天、电子、固体激光器等领域应用广泛。这类材料由于高硬度、低断裂韧性等特点,加工过程容易产生脆性断裂,属于典型的难加工材料。硬脆单晶材料的塑性域加工技术成为超精密加工领域研究的热点问题,然而目前对硬脆单晶材料塑性域去除机理的研究尚处于探索阶段。介绍了硬脆单晶材料塑性域加工的概念,综述了硬脆单晶材料的塑性域去除机理,指出了目前硬脆单晶材料在塑性域去除机理研究方面存在的问题,并对硬脆单晶材料塑性域去除机理的未来研究方向进行了展望。     

微铣削力建模研究进展

微铣削加工是实现具有三维复杂结构和材料多样性特征的微型零部件制造的有效技术手段,具有日益广阔的应用前景。然而由于刀具尺寸及加工参数的急剧缩减,微铣削表现出显著不同于传统铣削的加工机理。作为理解微铣削加工机理的最重要基础之一,至今已有大量关于微铣削力建模的研究,但是它们主要针对单一现象或者某几个现象进行研究,尚少有系统完善的理论来解释微铣削加工的力学过程,因此对微铣削加工切削力的全面总结是非常必要的。结合国内外微铣削技术的最新研究进展,从微铣削与传统铣削的不同加工机理出发,对微铣削力建模进行全面的论述和总结,并重点介绍刀刃钝圆半径、刀具跳动、挠性变形和刀具磨损对微铣削力建模的影响。探讨了目前微铣削力建模方法中的热点与难点,并指出了现有微铣削力建模有待研究的内容。     

纳米多晶铜单点金刚石切削亚表层损伤机理

基于Poisson-Voronoi和Monte Carlo方法构建了多晶铜分子动力学模型,研究了纳米切削中多晶铜材料去除、切削力变化及晶界与位错间的相互转化机制。研究结果表明：晶界的阻碍作用使得切屑流向发生了改变,并在已加工表面形成凹槽和毛刺;切削过程中晶界前方材料变形能的逐渐积聚及晶界的最终断裂,造成了切削力发生由最大峰值到最小谷值的大幅波动;晶界附近的材料去除经历了材料变形积聚、位错穿越晶界、晶界转变为位错及晶界最终断裂等过程。通过详细分析多晶铜纳米切削中位错与晶界间的演化过程,揭示了晶界与位错间的相互转化机制,丰富了多晶铜亚表层损伤机理的内涵。     

微纳结构飞切加工与表面结构色调控

当微纳结构尺度与可见光波长尺度接近时,在白光照射下将产生特定的结构色,颜色鲜艳亮丽。结构色的色彩特性由微纳结构形状特征和周期尺度决定,其颜色鲜艳程度和亮度由微纳结构形状精度和表面质量决定。提出了一种微纳结构轴向进给飞切加工方法,通过在磷化镍（Ni-P）材料表面高效率高精度加工出微纳米尺度的"梭形沟槽",其单元特征尺寸为200～1 000 nm、表面粗糙度为7～10 nm,实现了结构色微纳结构单元和色彩特征调控;并通过加工轨迹规划和工艺参数调控,实现了结构色像素单元与单元之间的无缝拼接,最终形成大面积结构色图案的制造与调控。本技术将在结构色滤光、微纳仿生结构以及功能表面等方面中产生巨大的应用价值。