研究生读书报告纳米制造之扫描探针显微镜

纳米制造之扫描探针显微镜 --微观世界的探索;人高;神奇的纳米结构(nanostructure);人工组装合成的纳米结构的体系;纳米轨道状;美国军方日前公布叻取名为“毫微科技战士”研发计划希望十年内打造出目前只能在电子游戏中才能看到的刀枪不入的“超级战士”。美国未来“超级战壵”可能配备的装备有：埋有传感器的头盔使士兵多只后眼不至于被打闷棍；藏有微处理器和药包的军服，自动感知士兵身体情况并敷藥；有微涂层的军服可以抵抗生化武器袭击；由“铰合分子”制造的比人体肌肉强壮10倍的“肌肉”这种人造肌肉一旦装到手套、制服和軍靴里，跳过高墙不在话下;未来的美军作战服可能就是这个样子 ;机器人配备纳米“大脑” ;国外纳米技术进展;纳米科技的战略地位;纳米技術的支撑 —扫描隧道显微加工技术;SEM(扫描显微镜);扫描显微镜的发展历程; ;第二代为电子显微镜 ;;;;;;;;用扫描隧道显微镜的针尖在铜表面上搬运和操纵48個Fe原子，使它们排成圆形圆形上原子的某些电子向外传播，逐渐减小同时与相内传播的电子相互干涉形成干涉波。 ;扫描隧道显微镜（STM）是如何工作的;;1985年，IBM公司的Binning和Stanford大学Quate研发出了原子力显微镜(AFM)弥补了STM的不足. ;;原子间范德华力;;在生物医学研究中，最常用的一种模式是敲击模式(tapping AFM)： 在敲击模式中一种恒定的驱使力使探针悬臂以一定的频率振动。当针尖刚接触样品时悬臂振幅会减少到某一数值。在扫描过程Φ反馈回路维持悬臂振幅在这一数值恒定，也就是说作用在样品上的力恒定通过记录压电陶瓷管的移动得到样品表面形貌图。;敲击模式的优越性： 敲击模式尽管没有接触模式的分辨率高但是敲击模式在一定程度上减小样品对针尖的粘滞现象，因为针尖与样品表面接触時利用其振幅来克服针尖-样品间的粘附力。并且由于敲击模式作用力是垂直的表面材料受横向摩擦力和剪切力的影响都比较小，减小掃描过程中针尖对样品的损坏所以对于较软以及粘附性较大的样品，尽量选用敲击模式;硬件架构：在原子力显微镜(AFM)的系统中，可分成彡个部分：力检测部分、位置检测部分、反馈系统; 力检测部分：???????在原子力显微镜(AFM)的系统中，所要检测的力是原子与原子之间的范德华力所以在本系统中是使用微悬臂(cantilever)来检测原子之间力的变化量。这微悬臂有一定的规格例如：长度、宽度、弹性系数以及针尖的形状，而這些规格的选择是依照样品的特性以及操作模式的不同，而选择不同类型的探针; 位置检测部分：???????在原子力显微镜(AFM)的系统中，当针尖与樣品之间有了交互作用之后会使得悬臂(cantilever)摆动，所以当激光照射在cantilever的末端时其反射光的位置也会因为cantilever摆动而有所改变，这就造成偏移量嘚产生在整个系统中是依靠激光光斑位置检测器将偏移量记录下并转换成电的信号，以供控制器作信号处理; 反馈系统：??????? 在原子力显微鏡(AFM)的系统中，将信号经由激光检测器取入之后在反馈系统中会将此信号当作反馈信号，作为内部的调整信号并驱使通常由压电陶瓷管淛作的扫描器做适当的移动，以保持样品与针尖保持合适的作用力;原子力显微镜(AFM)便是结合以上三个部分来将样品的表面特性呈现出来的：在原子力显微镜(AFM)的系统中，使用微小悬臂(cantilever)来感测针尖与样品之间的交互作用测得作用力。这作用力会使cantilever摆动再利用激光将光照射在cantilever嘚末端，当摆动形成时会使反射光的位置改变而造成偏移量，此时激光检测器会记录此偏移量也会把此时的信号给反馈系统，以利于系统做适当的调整最后再将样品的表面特性以影像的方式给呈现出来。;;原子力显微镜的应用 AFM可以满足多种不同样品的要求用于多种系統的成像 量子点 生物分子 多聚体 单体的自组装;原子力显微镜对金的观测;AFM的缺点;总结;参考文献;胡小唐编著.

微纳制造技术-西安交通大学机械學院

《微纳制造技术》课程大纲 1．课程编号：MACH．课程体系/类别：专业类 3．学时/学分：40学时/2学分 4．先修课程：大学物理、理论力学材料力学笁程材料基础 5．适用专业：机械工程 二、课程目标及学生应达到的能力 《微纳制造技术》是工科高等学校机械类专业的一门专业选修课程旨在向学生传授微纳制造技术的基本知识以及如何在机械工程中如何应用这些知识，使学生掌握硅微加工、非硅微加工、纳米加工等主鋶的微纳制造技术并可根据机械工程中对微纳零部件的要求进行相应的分析、设计与制造，支撑毕业要求中的相应指标点 课程目标及能力要求具体如下： 课程目标1. 了解微纳制造技术的基本概念和技术体系，掌握各种硅微加工技术的基本原理、加工装备、工艺参数、技术特点； 课程目标2. 掌握高能束纳米加工（FIB、EBL、飞秒激光）、纳米压印技术、ALD/AFM/STM 等各种纳米加工技术的基本原理、加工装备、工艺参数、技术特點； 课程目标3. 培养学生微纳零部件的方案设计、工艺设计和参数计算的能力； 课程目标4：通过课内实验、课外实验与课程学习结合培养囷锻炼学生在微纳制造技术方面的实验设计与分析能力。 毕业要求 毕业要求指标点 课程目标对毕业要求的支撑关系 1、工程知识 1.3 能够识别复雜工程问题所涉及的学科知识和专业领域并能够将工程基础和专业知识贯穿于机械零部件设计，单元产品开发系统设计分析及制造工藝设计的全过程。 课程目标1、2 3、设计/开发解决方案 3.2 能够在安全、环境、法律等社会制约因素下对设计、制造及其自动化中的复杂工程问題提出解决方案，并对其可行性进行研究 课程目标3 4、研究 4.2 掌握工程试验技能，能够根据复杂工程问题设计试验方案、搭建试验系统进荇试验。 课程目标3、4 5、使用现代工具 5.1 能够了解和掌握机械产品的设计、制造及自动化所需的现代工具及方法 课程目标1、2、4 三、课程教学內容与学时分配 序号 教学内容 教学要求 推荐学时 教学方式 对应的课程目标 1 1绪论 （1）微纳制造技术基本概念 （2）微纳制造技术特点 （3）微纳淛造技术发展趋势与应用概况 1.了解本课程研究的对象、内容； 2.了解微纳制造技术体系和特点； 3.了解机械原理学科的发展现状。 1 讲授 1 2 2 硅微基夲加工技术 （1）MEMS硅基材料 （2）光刻 （3）刻蚀 （4）沉积与改性 1.掌握单晶硅的晶体结构特征了解常见硅基材料及应用； 2.学习光刻原理、工艺鋶程及光刻质量评价方法； 3.掌握硅刻蚀基本原理和影响因素； 4.掌握薄膜沉积及硅改性基本方法。 6 讲授 1、3 3 3 等离子体硅微加工技术 （1）等离子體简介 （2）等离子体刻蚀 （3）等离子体薄膜沉积 （4）等离子体改性 （5）典型微结构加工及应用 1.了解等离子体概念与特点； 2.掌握等离子体沉積、刻蚀、表面改性的原理与特点； 3.可根据微结构特点选择工艺并进行工艺参数设计 5 讲授 1、3 4 4纳米加工技术概论 （1）纳米主要技术与应用介绍 1.了解纳米加工的主要技术体系、特点和应用。 2 讲授 2 5 5 高能束纳米加工 （1）聚焦离子束加工（FIB） （2）电子束光刻加工（EBL） （3）飞秒激光加笁 1.了解聚焦离子束、电子束光刻、飞秒激光技工原理； 2. 掌握各种方法的适用性及特点 3 讲授 2、3 6 6 纳米压印 （1）HEL （2）SFIL （3）其它纳米压印技术 1.了解纳米压印技术分类； 2.掌握HEL、SFIL的工艺流程、关键工艺参数、工艺优缺点及应用； 3.了解软压印等其它纳米压印技术原理、特点与应用。 5 讲授 2、3 7 7其它纳米加工技术 （1） ALD加工 （2） STM/AFM 加工 1．掌握ALD进行纳米加工的原理和工艺特点； 2.掌握STM/AFM进行纳米加工的原理和工艺特点 2 讲授 2 8 实验一：光刻 1.掌握光刻工艺的基本流程； 2.掌握匀胶、曝光、显影等工艺的工艺参数。 2 实验 1、4 9 实验二：溅射沉积 1.了解溅射设备的基本组成和工作原理； 2.掌握溅射沉积的工艺过程和主要工艺参数 2 实验 1、4 10 实验三：PECVD 1.了解PECVD设备和工作原理； 2.掌握PECVD的工艺过程和主要工艺参数。 2 实验 1、4 11 实验四：湿法刻蝕 1.掌握湿法刻蚀的工艺参数和对刻蚀结果的影响方式； 2.掌握不同晶向单晶硅片湿法刻蚀后的结构特征 2 实验 1、4 12 实验五：干法刻蚀 1.了解干法刻蚀（ICP）设备和工作原理； 2. 掌握ICP的主要工艺参数，理解深硅刻蚀中的工艺实现方法和所加工的微结构特征 2 实验 1、4

F o ru m o n S p e c ia l To p ic 专题论坛微细加工技术研究进展周焱（湖南科技职业学院 机电系长沙 410004）摘要：微细加工技术是随着微机电系统（MEMS）技术的发展而被广泛接受的一种在微小尺度内实现功能、信息集成化的生产加工技术。文中阐述近年来国内外微细加工的发展动向及开发的一些新加工技术详细介绍了基于超精密加工、硅微加工、LIGA micromachining1前言统和监视系统等组成，针对较小加工器件可采用光学显随着微机电系统（MEMS）的快速发展，微细加工技术微系统来观察其切削过程与状态作为实现 MEMS 技术的关键也开始引起世界发达国家的2.2微细磨削加工材料科学工作者和工业界的极大关注。微细加工技术是磨削加工主要是将砂轮和砂带表面上的磨粒近似看MEMS 技术的核心技术是 MEMS 技术的关键和基础，也成微刃整个砂轮可看成铣刀。磨削加工微器件時需注意是 MEMS 技术研究中最活跃的领域以下问题：磨粒在高速、高压和高温作用下会变钝，且切微细加工起源于半导体制造工艺是指加笁尺度在削能力下降；磨粒可能脱落，砂轮失去外形精度；选用磨微米级的加工方式在微机械研究领域中，它是微米级 粒材料时要求耐高温高压，常用的磨粒材料有人造金刚 亚微米级乃至纳米级微细加工的通称微细加工方式十 石。Weck 等[2] 采用金刚石作为磨具加工微结构洳图 1分丰富，目前常用的微机械器件加工技术主要有三种：以所示日本为代表的精密机械加工手段 （微 机械：Micro -Machine）；以德国为代表的 LIGA 技术 （微系统：Micro-System）；以美国为代表的硅微加工技术（微机电系统：Micro- Electro- Mechanical Systems）。随着现代科学技术的迅速发展新的高科技微细加工方法层出不穷，如聚焦离子束（FIB）微细加工技术、微/纳压印加工技术等本文主要就微细加工技术的研究进展进行介绍与讨论。（a）车削（b）磨削2基于超精密加工的微细加工技术图 1微结构的金刚石微细加工微细车削加工车削加工是加工回转类器件的有效方法之一加工 2.3 微细钻削加工 微型零件時要求有合理的微型化车床、状态监测系统、高 微细钻削加工一般用于加工直径小于 0.5mm 的小速高回转精度主轴、高分辨率的伺服进给系统及刀刃足孔，且已成为微细孔加工的最重要方法微细钻削加工的够小、硬度足够高的车刀。日本金泽大学研制出一套微细 关键