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NEWS INFORMATION科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展的時(shí)代,功能結(jié)構(gòu)的微納米化不僅可以帶來能源與原材料的節(jié)省,同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)多功能的高度集成和生產(chǎn)成本的大大降低。微納米加工技術(shù)主要分為直接加工技術(shù)和圖形轉(zhuǎn)移技術(shù)。直接加工技術(shù)有激光加工,聚焦離子束(FIB)刻蝕,Local Anodic Oxidation局部陽氧化(基于AFM),Dip Pen NanoLithography浸蘸筆納米加工刻蝕等; 圖形轉(zhuǎn)移技術(shù)主要分為三個(gè)部分:薄膜沉積,圖形成像(*),圖形轉(zhuǎn)移。作為微納加工工藝的核心,圖形生成工藝可分為三種類型:(1) 平面圖形化工藝,探針圖形化工藝,模型圖形化工藝。平面圖形化工藝的核心是平行成像性,主要包括光刻技術(shù)(掩模,直寫),電子束曝光(EBL);(2) 探針圖形化工藝是用高精度探針對樣品或涂層進(jìn)行逐點(diǎn)掃描成像技術(shù),具有精度高,部分實(shí)現(xiàn)直寫,3D加工等,代表技術(shù)有:熱式掃描探針技術(shù)(NanoFrazor);(3) 模型圖形化工藝是用微納米尺寸的模具復(fù)制出相應(yīng)的微納米結(jié)構(gòu),典型工藝是納米壓印技術(shù)(NIL),還包括模壓和模鑄技術(shù)。
雖然目前微納加工技術(shù)眾多,但能夠?qū)崿F(xiàn)納米(100nm以下)分辨率的結(jié)構(gòu)加工僅有: 聚焦離子束刻蝕(FIB),納米壓印技術(shù)(NIL) 和 電子束曝光(EBL)。聚焦離子束刻蝕(FIB) 采用聚焦后的離子束撞擊材料表面并實(shí)現(xiàn)去除基體材料的目的,可實(shí)現(xiàn)3D納米結(jié)構(gòu)直寫,適用材料廣泛,但加工精度不高;納米壓印NIL采用具有納米微結(jié)構(gòu)的模板將其上的圖形轉(zhuǎn)移到其他材質(zhì)上,效率高,但模板本身需要其他工藝制備,般采用EBL,模板價(jià)格昂貴,無法修改圖形,適用于大批量生產(chǎn);電子束曝光用聚焦電子束將膠體改性,經(jīng)過顯影zui高可實(shí)現(xiàn)10 nm精度的加工,是傳統(tǒng)高精度加工的*,但其價(jià)格昂貴,操作繁雜,臨近效應(yīng)使得兩個(gè)結(jié)構(gòu)無法貼近。
瑞士Swisslitho公司的 3D納米結(jié)構(gòu)高速直寫機(jī)NanoFrazor采用IBM蘇黎世研究中心研發(fā)多年的熱探針掃描刻寫技術(shù)及新型的直寫膠技術(shù),創(chuàng)新地將基于熱探針的納米結(jié)構(gòu)刻 寫和基于冷探針形貌讀取相結(jié)合,實(shí)現(xiàn)高精度3D 納米結(jié)構(gòu)的直寫和實(shí)時(shí)的形貌探測功能。該技術(shù)創(chuàng)新獲得R&D雜志2015年R&D 00大獎(jiǎng)。NanoFrazor憑借其10 nm的加工精度和0.1 nm精度的形貌探測能力,成為納米加工域的技術(shù)。
NanoFrazor技術(shù)點(diǎn):
背熱式掃描探針: Swisslitho采用殊工藝,以Si材料制備背熱式直寫探針,其探針針尖直徑小于5nm(圖1)。通過改變針尖背部區(qū)域的摻雜量,實(shí)現(xiàn)電壓控制下的局域加熱,而探針其他位置不受影響。加熱區(qū)溫度高達(dá)1000℃,針尖溫度可300-600℃。探針側(cè)臂設(shè)計(jì)有熱傳感器用于形貌探測,形貌探測精度高達(dá)0.1 nm。 | 性能的直寫膠PPA: IBM蘇黎世實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的用于納米加工的PPA直寫膠(resist), 其點(diǎn)在于當(dāng)溫度高于150℃,PPA會(huì)受熱瞬間分解為有機(jī)分子單體,隨著保護(hù)氣排出。當(dāng)加熱的探針靠近PPA到定范圍,針尖附近的PPA會(huì)瞬間分解成氣體分子,留下針尖形狀的孔洞,而孔洞周圍部分由于PPA熱導(dǎo)率低而不受影響。有效避免了普通高分子材料的熔融堆積效應(yīng)影響分辨率和針尖壽命。 多個(gè)探針的孔洞組合,形成高精度圖形,通過控制下針的深度,可以實(shí)現(xiàn)3D納米結(jié)構(gòu)的加工。 |
NanoFrazor書寫的納米結(jié)構(gòu)欣賞:
3D高速直寫的結(jié)構(gòu)和吉尼斯紀(jì)錄 | 制備在PPA膠和Si基底上的周期性結(jié)構(gòu) |
NanoFrazor無臨近效應(yīng),非常容易制備臨近的納米結(jié)構(gòu),如蝴蝶結(jié)天線和周期性結(jié)構(gòu) | NanoFrazor可實(shí)現(xiàn)納米線,二維材料涂膠后無標(biāo)記物的定位和形貌觀察,并實(shí)施定方向設(shè)計(jì) |
實(shí)現(xiàn)功能結(jié)構(gòu)微納米化的基礎(chǔ)是進(jìn)的微納米加工技術(shù),微納米加工中的更多技術(shù)細(xì)節(jié)的改善和化是科研域及儀器設(shè)備廠商不斷追求的技術(shù)方向,NanoFrazor也在不斷嘗試更、更便捷,成為性價(jià)比更高的、更具實(shí)力的3D直寫設(shè)備。
關(guān)于Quantum Design
Quantum Design是*的科研設(shè)備制造商和儀器分銷商,于1982年創(chuàng)建于美國加州圣迭戈。公司生產(chǎn)的 SQUID 磁學(xué)測量系統(tǒng) (MPMS) 和材料綜合物理性質(zhì)測量系統(tǒng) (PPMS) 已經(jīng)成為*的*測量平臺(tái),廣泛的分布于上幾乎所有材料、物理、化學(xué)、納米等研究域的實(shí)驗(yàn)室。2007年,Quantum Design并購了歐洲zui大的儀器分銷商LOT公司,現(xiàn)已成為的科學(xué)儀器域的跨國公司。目前公司擁有分布于英國、美國、法國、德國、巴西、印度,日本和中國等地區(qū)的數(shù)十個(gè)分公司和辦事處,業(yè)務(wù)遍及百多個(gè)國家和地區(qū)。中國地區(qū)是Quantum Design公司zui活躍的市場,公司在北京、上海和廣州設(shè)有分公司或辦事處。幾十年來,公司與中國的科研和教育域的合作有成效,為中國科研的進(jìn)步提供了進(jìn)的設(shè)備以及高質(zhì)量的服務(wù)
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