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     

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...     

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.     

载药纳米颗粒与血管支架自装配机理和方法

在综合分析微器件三维自装配研究成果的基础上,指出目前研究方法在纳米级微器件三维功能结构自装配中存在的问题,提出综合应用介电泳动、毛细作用和疏水性等微观作用力,实现载药纳米颗粒与血管支架的自装配,并对实现自装配所涉及的介电泳力和毛细力的控制机理和方法、载药纳米颗粒药物的选择和制作、裸支架本体结构的优化设计以及自装配实现工艺流程等关键技术进行了研究,给出了自装配的实现工艺平台以及相应的电场空间分布仿真结果。上述研究成果为最终研制纳米颗粒载药涂层支架提供了可行的方案。     

基于电纺直写的图案化微纳结构喷印技术

研究了利用电纺直写技术进行图案化微纳结构可控喷印沉积的方法,该方法利用喷头与收集板之间的稳定直线射流来实现有序纳米纤维的直写制造。分析了电纺直写射流在静止收集板和移动收集板上的沉积行为;探究了工艺参数对电纺直写微纳结构定位误差的影响规律。实验显示:在内部应力和电荷排斥力的作用下,射流会产生弯曲螺旋从而引导纳米纤维在静止收集板上逐层叠加形成三维微结构;提高收集板运动速度可克服射流螺旋鞭动,获得无螺旋结构的直线纳米纤维。根据设计图形分别电纺直写了方波、多圈矩形纳米纤维图案,分析了直写图案尺寸与设计图案尺寸间的误差。结果显示:电纺直写纤维图案定位误差随着收集板运动速度、喷头至收集板距离、施加电压、收集板运动距离的升高而增加;优化实验条件和试验参数,电纺直写微纳结构定位误差可优于10μm。实验验证了微纳结构图案的精确喷印沉积有助于提高电纺直写技术的控制水平。     

含微透镜的零模波导器件用于增强荧光信号强度

本文设计并研制了一种改进的零模波导器件,采用此种器件实现了荧光信号的增强,解决了荧光串扰等问题。采用微纳加工手段实现了这一器件的制备,该器件通过微透镜与纳米孔的结合减少了荧光的发散角,荧光的相长干涉增强了检测信号的强度。具体地,采用电子束光刻制备了直径可控的纳米孔阵列,结合紫外光刻及反应离子刻蚀实现了角度可调的微透镜阵列,并采用ImageJ读取荧光灰度值进行了信号比对。通过与未改进的零模波导器件相比,改进后的器件其荧光信号增强了14.5倍,信噪比提升了9倍。通过SEM表征,该器件的纳米孔直径为(100.3±4.9)nm;微透镜倾角(21.1±0.7)°。改进的零模波导器件在增强了荧光信号的同时有效减少了荧光串扰的问题,相关研究对微弱荧光检测、荧光串扰等问题提供了一种可行的解决思路。     

微纳米生物制造技术的基础研究

叙述采用生物加工方法实现微纳米材料、微纳米器件、微纳米系统制造的技术体系。介绍微纳米生物加工的最新进展 ,展望生物加工领域的未来发展趋势。     

面向大面积微结构批量化制造的复合压印光刻

为了解决在大尺寸非平整刚性衬底和易碎衬底上高效低成本批量化制造大面积微纳结构这一难题,提出一种面向大面积微结构批量化制造的复合微纳压印光刻工艺。阐述了复合压印光刻的基本原理和工艺流程,通过实验揭示了主要工艺参数(覆模速度、压印力、压印速度、固化时间)对于压印结构的影响及规律。最后,利用课题组自主研发的复合压印光刻机,并结合优化的工艺参数,在3种不同的硬质基材(玻璃、PMMA、蓝宝石)上实现了微尺度柱状结构(最大图形区域为132mm×119mm)、微尺度光栅结构(最大直径为15.24cm的圆形区域)和纳尺度柱状结构(图形区域为47mm×47mm)的大面积微纳结构制造。研究结果表明,提出的复合微纳米压印工艺为大面积微纳结构宏量可控制备、以及大尺寸非平整刚性衬底/易碎衬底大面积图形化提供了一种全新的解决方案,具有广阔的工业化应用前景。     

基于体硅工艺的定位平台制作工艺分析研究

介绍了一种基于体硅工艺的大尺寸、大深宽比的纳米级定位平台的制作工艺。对定位平台的制作中的关键工艺进行的分析，总结了导致器件失效的主要原因，探讨了减少失效的方法。同时介绍了一种可行的面内侧面压阻的加工方法。通过对深度反应离子刻蚀（DRIE）工艺参数的调整成功了刻蚀出了大尺寸、大深宽比的结构释放窗口，释放了最小线宽为2.5μm，厚度为50微米的梳齿结构。研制了一种良好性能的集成位移检测的纳米级定位平台。     

基于LabVIEW的微纳加工系统设计与研究

根据约束刻蚀加工工艺原理要求,开发了基于LabVIEW软件的微纳米加工系统。系统主要由宏动定位平台、微动定位平台、微力传感器、电化学工作站以及控制系统组成。系统通过数据采集卡和运动控制卡来实现仪器的定位与运动控制,对接触检测和主动恒力控制等关键技术进行了重点研究,使用LabVIEW编写了运动控制软件,最后在此系统上开展了光学微透镜阵列的电化学湿印章刻蚀加工试验。实验结果表明该工艺成功地把模板上的微透镜阵列图案复制到了硅基底上,具有较高的复制精度。     

中国微纳制造研究进展

介绍了中国微纳制造领域的总体概况。从微构件力学性能、微纳摩擦磨损及粘附行为研究、典型微流体器件输运特性研究、拓扑优化技术在微纳结构设计中的应用研究、微传热学的研究和微测试方法和装置的研究具体介绍了微纳制造基础理论方面取得的进展。从设计方法、硅基微机电系统(Micro electro mechanical system,MEMS)制造工艺、非硅MEMS制造工艺等方面介绍了微系统设计与加工工艺研究进展。从物理量微传感器、微执行器件与系统、微纳生化传感与分析和微能源等方面介绍了微纳器件与微纳系统的研究进展,最后对中国微纳制造发展进行了总结和展望。     

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。     

功率超声微纳电子封装互连技术研究进展

新材料与工艺是推动先进电子制造与封装发展的关键,尤其针对高集成度、高温服役和高可靠性等大功率器件的互连难题,开发出面向高端微电子制造关键“卡脖子”技术的材料与工艺显得尤为紧迫。功率超声具有表面清洁、空化与声流等特性,可显著提高界面冶金连接能力,能有效克服传统瞬态液相连接反应时间长与温度高的难点,且能破解Cu、Al等金属互连过程中易氧化的痛点问题,并解决了SiC、Al2O3、AlN等陶瓷基板难润湿与纳米颗粒低温烧结驱动力不足的难题。结合本团队在该领域深耕多年的积累,聚焦功率超声应用于微纳连接方向,从超声固相键合、超声复合钎焊和超声纳米烧结互连等三个方面综述了面向电子制造中功率超声微纳连接技术的原理、方法、特点及实际应用场合,并分别从固相连接中引线键合、室温超声金属连接和超声增材制造等领域,到钎焊连接中超声低中高温软钎焊与超声瞬态液相连接等领域,提出适用于超声微纳连接的新型互连技术。最后,针对第三代半导体中大功率器件封装互连的迫切需求提出了超声纳米烧结连接新方法,并开发出具有高效低温连接高温服役的金属纳米焊膏新型互连材料,且对其接头力学、热学、电学,以及可靠性等进行了全面评估,也进一步总结...     

微机电系统集成设计方法与实现技术

针对微机电系统设计所存在的多学科交叉、周期长等问题，提出自顶向下设计与自底向上修正的双向微机电系统集成设计方法，将设计流程分为系统级、器件级和工艺级三个阶层；以微惯性器件为典型对象研究了各阶层的关键实现技术，并在此基础上构建微机电系统集成设计平台；所进行的硅微加速度计设计实例说明平台的设计流程可行，同时平台所具有的系统级、器件级和工艺级的多设计入口以及各阶层的全参数化驱动设计功能可提高微机电系统设计的效率。     

超声纳米操控技术

超声纳米操控是由超声学、纳米技术与驱动技术的相互交叉而产生的一项新技术,在纳米测量与组装、纳米加工、生物医学样品处理、微/光电子器件的制造以及新材料合成等领域有着巨大的应用前景。基于笔者的研究团队在近3年中所取得的成果,介绍已实现的超声纳米操控功能及其工作原理、器件结构、特性与应用前景。这些操控功能包括纳米捕捉与移动、纳米旋转以及纳米聚集,将有效提升超声纳米操控技术的应用水平。     

基于MEMS微触觉测头和纳米测量机的扫描测量平台

将自主开发的基于MEMS工艺的微触觉测头与纳米坐标测量平台相结合,构建高性能的扫描测量平台,提高了微结构和器件扫描测量的精度和分辨力.基于微触觉测头的测量原理,研究了微触觉测头应用于纳米坐标测量平台的反馈控制方法以及控制转换参数的标定方法,讨论了扫描平台不同扫描方式对测量的影响.实验进行了相对平整表面和非平整表面形貌的扫描测量,结果表明,相对平整和非平整表面进程回程重复扫描差值的标准偏差分别为15.519 nm 和23.088 nm,系统具有较高的测量重复性.     

纳结构的连续激光复合微纳探针刻划加工

为了加工形貌稳定且尺寸尽可能小的纳结构,建立了一套连续激光复合微纳探针的加工系统,并研究了光纤探针导光的连续激光辐照微纳探针的近场增强效应以及该系统的加工性能。首先,根据表面等离子体激元理论仿真分析了激光辐照原子力显微镜(AFM)探针的近场增强因子,并研究了微纳探针的针尖温度场和针尖热膨胀。接着,搭建了基于光纤探针导光的连续激光复合微纳探针的纳结构加工系统。最后,对聚乙烯片状材料样品进行了纳结构加工。结果显示:加工得到的纳米点尺度为200nm左右;纳米线的尺度为30~40nm。结果表明:光纤探针导光连续激光复合微纳探针系统避免了复杂的空间光路结构,是一种成本低廉,结构简单的系统,能够实现纳结构的加工。     

超疏液表面研究取得新进展

<正>中国科学院深圳先进技术研究院研究人员在超疏液表面设计、加工和应用的多年研究基础上,提出了一种新颖简便的低成本、高性能制备方法"软复制工艺",突破了超疏液表面制备的重要瓶颈。开发适用于任何液体的"超疏液"表面需要特殊的倒悬微纳米结构,但受工艺和材料互相耦合等的限制,其制备仅可在少数材料上实现。     

我国微纳几何量计量技术的研究进展

随着微纳技术中材料和器件关键尺寸的减小以及几何结构复杂性的增加,给微纳尺度的精确测量带来了新的挑战。微纳几何量计量技术主要是研究微纳尺度下测量量值的准确一致,并实现量值溯源到国际长度基本单位的科学。为保证微纳技术的领先优势,国外先进国家一直高度重视微纳几何量计量技术的研究。目前,我国在微纳计量领域已成功研制了多种微纳几何量计量标准装置,并初步建立了我国自己的微纳计量溯源体系。对我国现有的微纳几何量计量技术与计量标准装置进行了回顾和介绍,并对我国微纳计量的未来发展做出了展望。     

纳米压印复合软模具建模研究

基于复合软模具纳米压印是一种高效、低成本和批量化制造大面积微纳米结构的新方法,已经被看作是最具有工业化应用前景的微纳制造技术。大尺寸复合软模具的设计和制造是当前大面积纳米压印所面临的一项挑战性难题,也是影响和制约晶圆级微纳米压印广泛工业化应用的技术瓶颈。开展了大面积纳米压印复合软模具理论分析、数值模拟和试验验证的系统研究。基于薄板弯曲理论,建立复合软模具变形理论模型。利用ABAQUS模拟软件,揭示了模具几何特征、材料属性以及压印工艺要素对于复合软模具变形的影响及其规律。提出纳米压印复合软模具设计的基本准则。该研究为大面积纳米压印复合软模具设计、优化和制造奠定了重要理论基础,并为大面积纳米压印装备开发和工艺优化提供方向性指导。