纳米加工技术.ppt

纳米加工技术 目前人类研究的物质世界的最大尺度 1025米 10亿光年 最小尺度 10 19米纳米 nm 10 9米纳米技术 研究结构尺寸在0 1 100nm范围的物质的特性和相互作用 以及利用这些特性的多学科交叉的科学与技术 当物质小到10 9 10 7米时 由于量子效应和巨大的表面和界面效应 性能发生质变 呈现出许多既不同于宏观物体 也不同于单个孤立原子的新颖的物理 化学和生物学等特性 纳米技术定义 纳米加工技术概述 概念的提出与发展1959 12 29诺贝尔物理奖得主R Feynman在其演讲 There splentyofroomatthebottom 中提出人类如能在原子 分子的尺度上加工材料 将有新的发现 那时 化学将成为根据人类的意愿逐个地准确放置原子的问题 1974年TANIGUCHI最早使用nanotechnology一词描述精细机械加工 70年代后期MIT的德雷克斯勒教授提倡纳米技术研究但多数主流科学家持怀疑态度 80年代初STM和AFM等微观表征和操纵技术的发明和使用推动了纳米技术的快速发展 1990 7第一届国际纳米科学技术会议与第五届国际STM显微学会议同时在美国Baltimore举行 Nanotechnology和Nanobiology国际专业刊物相继问世 R Feynman 纳米技术将引发一场新的工业革命2010年现在的微电子器件芯片的线宽将达到0 1 0 07nm 小于此尺寸 器件应按新原理设计 其性能将大大提高 这将是对信息产业和其它相关产业的一场深刻的革命 纳米技术的意义 纳米技术是21世纪经济增长的一个主要的发动机 它将使微电子学在20世纪后半叶对世界的影响相形见绌 纳米加工技术指能够在纳米尺度上改变物质结构或物质特性的加工技术 能够实现原子级的迁移 增添或删除操作 如何进行有效控制以达到原子级的去除 是实现纳米级加工的关键 纳米加工技术 IBM实验室用铁原子拼出汉字 原子 桌面工厂 微型发动机 微型直升机 金刚石刀具超精密切削加工 用于平面 圆柱面和非球曲面的镜面切削加工 可延性纳米级磨削 用于量块 光学平晶 集成电路的硅基片 在线电解修整 ELID 砂轮磨削 用于硬脆材料超精密镜面磨削 纳米级机械加工 纳米加工的方法及设备 金刚石刀具超精密切削加工 纳米研磨机 电子束 聚焦离子束 激光束微细加工优点 1 高能量 可进行超高速加热和冷却2 高能束直径可到达纳米级3 高能束偏转扫描柔韧性好 无惯性 能全方位加工4 非接触加工 无需刀具 无加工变形5 几乎可对任何材料加工加工方法 1 光学光刻2 X光光刻3 电子束光刻4 离子束加工5 原子层刻蚀6 原位制作技术 能量束加工 纳米加工的方法及设备 日本松下精机研制的微细放电加工机床 利用微细放电加工方法制作的汽车模型 优点 1 可制造较大高宽比的结构 2 取材广泛 可以是金属 陶瓷 聚合物 玻璃等 3 可制作任意截面形状图形结构 加工精度高 4 可重复复制 符合工业上大批量生产要求 制造成本相对较低等 用途 广泛应用于微传感器 微电机 微执行器 微机械零件 集成光学和微光学元件 真空电子元件 微型医疗器械 流体技术微元件 纳米技术元件等的制作 LIGA加工工艺 纳米加工的方法及设备 LIGA工艺过程 利用LIGA技术制作的铜电极阵列和加工出的70 m厚WC Co齿轮 扫描隧道显微镜 STM 工作原理 把极小的针尖和被研究的物质表面作为两个电极 当样品表面与针尖的距离非常小 1nm 时 在外电场作用下电子即会穿过两极间的绝缘层流向另一极 产生隧道电流 并通过反馈电路传递到计算机上表现出来 基于扫描显微原理的纳米加工 纳米加工的方法及设备 扫描隧道显微镜 扫描隧道显微镜工作原理示意图 扫描显微技术的特点 1 具有原子级的高分辨率2 可以观察单个原子层的局部表面结构3 可以实时 实空间地观察表面的三维图像4 能在不同条件下工作 探测过程对工件无损伤 5 不仅可用于成像 还可以对表面的原子进行操纵 从而进行纳米级加工 发展前景的展望 发展纳米加工技术的途径 纳米卫星 航天纳米绝热材料 航空航天1 增加有效载荷 成指数倍地降低耗能 2 低能耗 抗辐照的高性能计算机及其它测控电子设备3 抗热障 耐磨损的纳米涂层材料4 微型航天器 纳米卫星 等 高效助燃剂 纳米粉末具有极强的储能特性 将其作为添加剂加入燃料中可大大提高燃烧率 将一