微納加工可以滿足高精度三維結構制備、多材料微納結構加工以及器件成型與集成的加工需求,因此,在各類微納結構化功能部件的研制中展現出了很大的技術優勢。目前,飛秒激光已經廣泛應用于多個前沿科學領域。利用飛秒激光可以制備各種微光學器件,如微透鏡陣列、仿生復眼、光波導和超表面等。吉林大學研究團隊利用雙光子聚合技術制備了一種基于仿生蛋白質的微透鏡,該透鏡在外界刺激下可動態調節焦距,同時具有獨特的伸縮性、良好的生物相容性和生物可降解性;進一步該團隊利用激光加工技術制備了可變焦的仿生復眼,實現了大視場變焦成像的功能,如圖1所示。利用其高精度、高分辨率和三維加工能力,飛秒激光加工技術成為制備三維微流控芯片的強大工具。微納加工設備主要有:光刻、刻蝕、鍍膜、濕法腐蝕、絕緣層鍍膜等!真空鍍膜微納加工實驗室
飛秒激光微納加工類型飛秒激光微納加工的類型可以分為激光燒蝕微加工以及雙光子聚合加工。激光燒蝕微加工利用其本身獨特的性質使材料瞬間蒸發,而不經歷熔化過程,具有優良的加工特性。雙光子聚合加工三維微納結構時利用飛秒激光聚焦點上發生的雙光子吸收效應,獲得比衍射極限還要小的光響應,可以在多種材料上進行微納米尺度的加工。對波長特定的激光來說,材料可分為吸收材料和透明材料。飛秒激光對于這些材料的作用機理都不相同。由于自由電子大量存在的緣故,金屬具有良好的導熱性和導電性。透明材料原本不會吸收這一波段,但是由于飛秒激光可以產生極高的光強,它使材料實現對激光的非線性吸收。四川功率器件微納加工微納加工平臺包括光刻、磁控濺射、電子束蒸鍍、濕法腐蝕、干法腐蝕、表面形貌測量!
光刻是半導體制造中常用的技術之一,是現代光電子器件制造的基礎。實際應用中存在兩個主要挑戰:一是與FIB和EBL相比,分辨率還不夠高;二是由于直接的激光寫入器逐點生成圖案,因此吞吐量是一個很大的挑戰。對于上述兩個挑戰:分辨率方面,一是可以通過原子力顯微鏡(AFM)或掃描近場顯微鏡(SNOM)等近場技術來提高,二是可以通過使用短波長光源來提高,三是可以通過非線性吸收實現超分辨率成像或制造;制造速度方面,除了工程學方法外,隨著激光技術的發展,主要是提出了包括自組裝微球激光加工、激光干涉光刻、多焦陣列激光直寫等并行激光加工方法來提高制造速度。并行激光加工技術可以將二維加工技術擴展到三維加工,為未來微納加工技術的發展提供新的方向;同時可以地廣泛應用于傳感、太陽能電池和超材料領域的表面處理和功能器件制造,對生物醫學器件制造、光通信、傳感、以及光譜學等領域得發展研究具有重要意義。
電子束的能量越高,束斑的直徑就越小,比如10keV的電子束斑直徑為4nm,20keV時就減小到2nm。電子束的掃描步長由束斑直徑所限制。步長過大,不能實現緊密地平面束掃描;步長過小,電子束掃描區域會受到過多的電子散射作用。電子束流劑量由電子束電流強度和駐留時間所決定。電子束流劑量過小,抗蝕劑不能完全感光;電子束流劑量過大,圖形邊緣的抗蝕劑會受到過多的電子散射作用。由于高能量的電子波長要比光波長短成百上千倍,因此限制分辨率的不是電子的衍射,而是各種電子像散和電子在抗蝕劑中的散射。電子散射會使圖形邊緣內側的電子能量和劑量降低,產生內鄰近效應;同時散射的電子會使圖形邊緣外側的抗蝕劑感光,產生外鄰近效應。內鄰近效應使垂直的圖形拐角圓弧化,而外鄰近效應使相鄰的圖形邊緣趨近和模糊。應用于MEMS制作的襯底可以說是各種各樣的,如硅晶圓、玻璃晶圓、塑料、還其他的材料。
納秒和飛秒之間,皮秒激光微納加工應用獨具優勢!與傳統的微納加工技術相比,激光微納加工具有如下獨特的優點:非接觸加工不損壞工具、能量可調、加工方式靈活、可實現柔性加工等。其中全固態皮秒激光具有極窄的脈沖寬度(皮秒)、極高的峰值功率(兆瓦)以及優異的光束質量,被廣泛應用于各種金屬、非金屬材料的精密加工。研究表明,脈沖寬度高于10ps的皮秒激光加工過程中有明顯的熱效應存在,而且隨著激光與材料作用時間的增加,工件表面會產生微裂紋以及再鑄層;脈沖寬度低于5ps的皮秒激光與材料作用時會產生非線性效應,這對金屬材料的加工非常不利。因此,適合微納精密加工用的皮秒激光的脈沖寬度在5~10ps之間。為了提高加工效率,重復頻率一般設定在十萬赫茲量級,而平均功率則根據所加工材料的燒蝕閾值而定。通過光刻技術制作出的微納結構需進一步通過刻蝕或者鍍膜,才可獲得所需的結構或元件!珠海鍍膜微納加工
新一代微納制造系統應滿足的要求:能生產多種多樣高度復雜的微納產品。真空鍍膜微納加工實驗室
在微納加工過程中,薄膜的形成方法主要為物理沉積、化學沉積和混合方法沉積。蒸發沉積(熱蒸發、電子束蒸發)和濺射沉積是典型的物理方法,主要用于沉積金屬單質薄膜、合金薄膜、化合物等。熱蒸發是在高真空下,利用電阻加熱至材料的熔化溫度,使其蒸發至基底表面形成薄膜,而電子束蒸發為使用電子束加熱;磁控濺射在高真空,在電場的作用下,Ar氣被電離為Ar離子高能量轟擊靶材,使靶材發生濺射并沉積于基底;磁控濺射方法沉積的薄膜純度高、致密性好,熱蒸發主要用于沉積低熔點金屬薄膜或者厚膜;化學氣相沉積(CVD)是典型的化學方法而等離子體增強化學氣相沉積(PECVD)是物理與化學相結合的混合方法,CVD和PECVD主要用于生長氮化硅、氧化硅等介質膜。真空鍍膜微納加工實驗室
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