【摘要】：微納制造是指微米或納米尺度功能器件的加工方法,由于加工的功能器件尺度較小,傳統(tǒng)機械加工已不能滿足加工的需求,所以,微納制造主要依賴于平面集成加工技術,平面集成加工技術包括薄膜沉積、圖形成像和圖形轉移三部分,其中圖形成像是必不可少的,也是影響微納制造的主要因素。能夠實現高質量、高效、低成本的圖形成像,對微納制造技術在微納電子芯片制造及半導體器件制造等領域的應用具有非常重要的意義。光學曝光和模型復制是圖形成像的主要方法,其依賴于掩模板和印模的制造,而掩模板和印模制造工藝較復雜、成本較高、使用壽命較短,在很大程度上提高了微納制造的成本,也使得微納制造技術工藝更為復雜。針對以上微納制造在圖形成像方面存在的問題,提出了一種鋼筆直寫微納米圖案的方法,并研究設計搭建了一套基于力反饋的筆式自動化直寫系統(tǒng),能夠實現高效、低成本、高精度的圖形成像。首先,研究了鋼筆直寫的工作原理,分析了鋼筆特性、直寫材料特性、直寫基底特性以及直寫過程控制對鋼筆直寫圖案性能的影響,在硅片基底上完成了寬度為30μm線條的直寫,為鋼筆直寫微納米圖案化應用于微納制造提供了理論依據。其次,為改善目前筆式直寫自動化程度低、控制精度差的現狀,研究設計搭建了基于力反饋的筆式自動化直寫系統(tǒng),系統(tǒng)硬件包括高精度位移臺、高分辨率力傳感器以及數據采集卡等,軟件控制通過LABVIEW編程實現,包括數據采集程序、運動控制程序和繪圖板程序等。位移臺可實現實時的力調整控制,可以實現任意圖案的連續(xù)線條和點陣直寫,也通過實驗對其各項性能進行了驗證。在很大程度上提高了筆式直寫的自動化程度,為鋼筆直寫的應用提供了技術上的支持。最后,研究利用麥芽糖作為掩模材料,分別利用物理氣相沉積和反應離子刻蝕進行金電極制作和硅片的刻蝕,還利用導電墨水實現了柔性電路的制作,初步驗證了鋼筆直寫應用于微納制造的可行性,對微納制造的發(fā)展具有非常重要的意義。
【學位授予單位】：煙臺大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TP391.41;TH16
【圖文】：

（a） （b）圖 1-1 AFM 探針直寫原理自 2000 年開始，ChadA. Mirkin 等人就應用 AFM 探針蘸筆直寫做了一系列的研究[3-10]，如圖 1-2 所示。2000 年，團隊對 AFM 探針蘸筆直寫沉積次數與沉積圖案尺寸的關系做了實驗研究，實驗分別在金、鈦、氧化硅襯底上沉積掩模材料，并對刻蝕后的尺寸進行了對比，從而得出沉積次數與沉積圖案尺寸的關系；2001 年，團隊又對 AFM 探針蘸筆直寫速度對于直寫線條尺寸的影響做了詳細的研究，并在帶有氧化層的硅片上沉積砷化鎵材料，觀察砷化鎵溶液在基底上的擴散規(guī)律；2002 年，團隊通過在金、鈦、氧化硅和硅襯底上沉積掩模材料，實現了間隙為 12nm-100nm 的兩電極的沉積，并最終通過濕法刻蝕實現了圖像的轉移，最終完成了器件的制作，為 AFM 探針蘸筆直寫應用于微納器件的制造奠定了基礎；2003 年，團隊通過對 AFM探針接觸力以及 AFM 探針運動速度的控制，實現了 45nm 以上多個尺寸的蛋白質微結構制作，除此之外還通過多次沉積，實現了多種蛋白質的分層沉積，為生物芯片的制作提供了一種新的思路。

a） （b）圖 1-1 AFM 探針直寫原理，ChadA. Mirkin 等人就應用 AFM 探針蘸筆。2000 年，團隊對 AFM 探針蘸筆直寫沉究，實驗分別在金、鈦、氧化硅襯底上沉比，從而得出沉積次數與沉積圖案尺寸的直寫速度對于直寫線條尺寸的影響做了詳細化鎵材料，觀察砷化鎵溶液在基底上的擴化硅和硅襯底上沉積掩模材料，實現了間終通過濕法刻蝕實現了圖像的轉移，最終寫應用于微納器件的制造奠定了基礎；2003M 探針運動速度的控制，實現了 45nm 以上還通過多次沉積，實現了多種蛋白質的分的思路。

圖 1-3 MEH-PPV 聚合物納米線. A. Nelson and W. P. King等人通過在AFM探針表面上沉積，實現了在距離為500nm的兩個金電極之間的寬度為100-200nm，厚度為5nm，如圖1-4所示，并通現了蘸筆直寫在電極制作與修復中的應用[12]。圖 1-4 氧化銦沉積rnhard Basnar and Itamar Willner等人，首先通過實驗

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