高通量微流控器件的设计与加工 罗春雄 掩模的制作 掩模的制备是光刻中的关键步骤之一，其作用是在一个平面上有选择性的阻挡紫外光的通过，从而实现光刻胶的局部曝光。掩模的图形及尺度由计算机设计完成，常用的设计软件有L-edit（目前最新版本为10.0）和AutoCAD等。带有图形结构的掩模常用介质有透明膜和玻璃板，图形结构一般由透明和不透明的区域组成。掩模有时也被称作原图或光刻版。 当分辨率要求不高时，掩模可用简单的方法来制备。最常用的方法是使用高分辨率的激光照排机（3000dpi以上）将图形打印在透明胶片上，这种方法的误差一般为3-7μm，视激光照排机的精度而定。当图形的尺度为10μm量级时，此法制成的掩模可近似视为精确。使用激光照排机的优点在于设备易得，一般的出版社就有可以满足要求的机器；并且制作过程很简单，只需要一步打印。 图1采用L-edit设计的模版图。 通过电子束曝光的方法可以得到精度更高的掩模版，精度可达100nm甚至10nm级。这种掩模版为金属掩模，所以不论是精度、寿命还是使用时的方便程度，均要优于打印方法制成的模版。但它的缺点也十分明显：成本非常高（一块模版通常要上千元人民币），并且制作周期时间长。 还有其他一些方法可以得到掩模版，如准分子激光刻蚀和光学缩小等方法，这样得到的模版精度较高，但对设备的要求都比较高。
光刻胶 光刻胶是由溶解在一种或几种有机溶剂中的光敏聚合物或预聚合物的混合物组成的，它是用光刻技术将掩模上的微结构精确转移到基片的关键媒介。根据用途不同，有多种黏度、光学性质及物理化学性质不同的品种供选择。 光刻胶有两种基本的类型：一种是负型光刻胶，它们在曝光时发生交联反应形成较曝光前更难溶的聚合物；另一种是正型光刻胶，它们在曝光时聚合物发生链断裂分解而变得更容易溶解。根据它们的特性，负型光刻胶显影后曝光部分被固定而非曝光部分被洗掉；正型光刻胶则是曝光的部分在显影后被洗掉，非曝光部分被固定。下面分别介绍这两种光胶： a.负光胶 负光胶曝光中发生的光化学反应比正光胶相对简单。例如Minsk于1954卖给Eastman Kodak公司的专利，应用的是聚乙烯醇肉桂酸酯中的肉硅酸部分的双键对紫外线敏感，双键之一被打开后形成双游离基，这些双游离基不稳定，很快与其他游离基间相互连接，形成新的碳-碳链，并与其他线形分子交联形成更大的聚合物分子。与曝光前相比，聚合物变得更不易溶解且抗化学侵蚀性更强，因而未曝光的部分可被显影液溶解而去掉。此即为KPR（柯达光刻胶）和其他负胶的基本原理。我们实验室常用的负光胶是国产的BP系列，特点是光胶薄（1-3μm），附着力极好，分辨率高，但缺点是难去除。 另一种具有代表性的光敏聚合物为SU-8。它是一种环氧型聚合物材料，因为平均一个单体分子中含有8个环氧基，因此名称中有8,其结构如图2所示。SU-8光学透明性、硬质、光敏的独特性质，在微加工材料中独树一帜。主要特点如下：高机械强度；高化学惰性；可进行高深宽比、厚膜和多层结构加工。由于它在近紫外区光透过率高，因而在厚胶上仍有很好的曝光均匀性，即使膜厚达100μm，所得到的图形边缘仍近乎垂直，深宽比可达50：1。 图2 SU-8单体的典型结构。 SU-8是机理和材料完全不同的一类负光刻胶。该胶可溶于GBL（gamma-butyrolactone）溶液中。溶剂的量决定了黏度，从而也决定了可能的涂覆厚
集成电路工艺认识实习报告 1.专题一MEMS（微机电系统）工艺认识 1.1 重庆大学微系统研究中心概况 重庆微光机电工程技术研究中心依托于重庆大学，主要合作单位有中国电子科技集团公司第二十四研究所等。中心主要从事MEMS设计、研发及加工关键技 术研究、产业化转化和人才培养。 中心建立了面向西南地区的“MEMS器件及系统设计开发联合开放实验室，拥有国际先进的MEMS和CMOS电路设计及模拟软件，MEMS传感器及微型分析仪 器的组装和测试设备。 1.2主要研究成果 真空微电子压力传感器、集成真空微电子触觉传感器、射频微机械无源元件、硅微低电压生化分析系统、折衍混合集成微小型光谱分析仪器、全集成硅微二维加速度传感器、集成硅微机械光压力传感器、硅微加速度阵列传感器、硅微力平衡电容式加速度传感器、反射式混合集成微型光谱分析系统、微型振动式发电机系统、真空微电子加速度传感器 1.3微系统中心主要设备简介 1.3.1. 反应离子刻蚀机 1.3.2双面光刻机 1.3.3. 键合机 1.3.4. 探针台
1.3.5. 等离子去胶机 1.3.6. 旋转冲洗甩干机 1.3.7. 氧化／扩散炉 1.3.8. 低压化学气相淀积系统 1.3.9. 台阶仪 1.3.10. 光学三维形貌测试仪 1.3.11. 膜厚测试仪 1.3.1 2. 感应耦合等离子体（ICP）刻蚀机
1.3.13. 箱式真空镀膜机 1.3.14. 槽式兆声清洗机 1.3.15.射频等离子体系统 1.4MEMS的主要特点 体积小，重量轻，材料省，能耗低；完整的MEMS一般是由微动力源、微致动器、微传感器组成，智能化程度高，集成度高；MEMS整体惯性小，固有频率高，响应快，易于信号实时处理；由于采用光刻、LIGA等新工艺，易于批量生产，成本低；MEMS可以达到人手难于达到的小空间和人类不能进入的高温，放射等恶劣环境，靠MEMS的自律能力和对微机械群的遥控，可以完成宏观机械难于完成的任务。 1.5MEMS器件的应用 1.5.1 工业自动控制领域 应用MEMS器件对“温度、压力、流量”三大参数的检测与控制，目前普遍采用有微压力、微流量和微测温器件 1.5.2生物医学领域 微型血压计、神经系统检测、细胞组织探针和生物医学检测，并证实MEMS器件具有再生某些神经细胞组织的功能。
第四章 聚焦离子束技术（FIB）
本章主要内容 4.1 FIB系统介绍 41FIB 4.2 FIB-SEM构造及工作原理 4.3 离子束与材料的相互作用 4.4 FIB主要功能及应用 参考书：顾文琪等，聚焦离子束微纳加工技术，北京工业大学出版社，2006。参考书：顾文琪等聚焦离子束微纳加工技术北京工业大学出版社2006。
41FIB 4.1 FIB 系统介绍 (Focused Ion beam FIB)聚焦离子束(Focused Ion beam, FIB)的 系统是利用电透镜将离子束聚焦成非常小尺寸的显微加工仪器。通过荷能离子轰击材料表面实现材料的剥离沉积轰击材料表面，实现材料的剥离、沉积、注入和改性。 目前商用系统的离子束为液相金属离子源(Liquid Metal Ion Source,LMIS) 金属材质为镓(Gallium, Ga)，因为镓元素具有低熔点、低蒸气压、及良好的抗氧化力。 即离子束+Zeiss Auriga FIB Zeiss Auriga FIB--SEM system 现代先进FIB 系统为双束，即离子束+ 电子束（FIB+SEM ）的系统。在SEM 微观成像实时观察下，用离子束进行微加工g y 加工。
FIB技术发展史 FIB加工系统的发展与点离子源的开发密切相关 系展 1950s：Mueller发明气体场发射离子源（GFIS）； 1970s：GFIS应用到聚焦离子显微镜（FIM）； 1974-75：J. Orloff 和L.W.Swanson分别将GFIS应用于FIB。此时的(p) GFIS束流低(10pA),分辨率约50纳米； 1974：美国Argonne国家实验室的V.E.Krohn 和G.R.Ringo发现在电场作用下毛细管管口的液态镓变形为锥形，并发射出Ga+离子束； 1978：美国加州休斯研究所的R.L.Seliger等人建立了第一台Ga+液态金属离子源的FIB系统，束斑直径100nm，束流密度1.5A/cm2，亮度达62 3.3x10A/（cm.sr），束能量57keV； 1980s：商品型FIB投入市场，成为新器件研制、微区分析、MEMS制作的重要手段； 1980s-90s：开发出SEM-FIB双束、FIB多束、全真空FIB联机系统。
本科课程论文 题目离子束加工原理特点及其应用研 究 学院 专业机械设计制造及其自动化 年级2012 学号 姓名 指导教师 成绩
2014年12 月10 日 目录 1 前言 (1) 2 离子束加工的原理 (2) 3 离子束加工的优缺点 (3) 3.1离子束加工的优点 (3) 3.1.1加工精度高 (3) 3.1.2污染少、无氧化 (3) 3.1.3对材料影响小 (3) 3.2离子束加工的缺点 (3) 4 离子束加工的分类 (3) 4.1离子蚀刻 (3) 4.2离子溅射沉积 (3) 4.3离子镀 (4) 4.4离子注入 (4) 5离子束加工的主要应用 (4) 5.1刻蚀加工的定义及具体应用领域 (4) 5.1.1刻蚀加工的定义 (4) 5.1.2刻蚀加工的应用领域 (4) 5.2离子镀膜加工的定义及具体应用 (4) 5.2.1离子镀膜加工的定义 (4) 5.2.2离子镀膜加工的具体应用 (5) 5.3离子注入加工的定义及具体应用 (5) 6离子束加工应用现状 (5)
7结语 (5) 参考文献 (6)
离子束加工原理特点及其应用研究 摘要:本文分析离子束加工的原理特点，阐述了离子束加工作为加工精度最高的特种加工方法在微电子学领域中特别是纳米加工的重要性。离子束加工按照其所利用的物理效应和达到的目的不同，可以分为四类，即离子蚀刻、离子溅射沉积和离子镀，离子注入。离子束加工作为最近几年才发展起来的特种加工方法，极大的拓宽了人类对微细材料领域的探索；但是离子束加工的潜力还有待继续挖掘；目前因为加工设备费用贵，成本搞，加工效率低，一些技术还处于研发阶段等问题，离子束加工还未能普及。但我们相信未来离子束加工必将被广泛应用，为人类发展带来更多的贡献。 关键词：离子束加工原理分类现状 1 前言 特种加工是现代先进制造工程技术中较为重要和实用的新技术之一，而且获得了较为广泛的应用，它是我国从制造大国过渡到制造强国的重要技术手段之一。经过最近十几年的迅猛发展，各种特种加工方法在生产中的应用日益广泛，无论是在国内还是国外电加工机床年产量的年平均增长率均打打高于金属切削机床的增长率。作为近年来获得较大发展的新兴特种加工方式，离子加工极高的加工精度和加工质量在精密微细加工方面，尤其是在微电子学领域中得到了较多的应用，比如亚微米加工和纳米
物联网技术培训总结文件编码（GHTU-UITID-GGBKT-POIU-WUUI-8968）
物联网技术培训总结 虽然为期四周的物联网培训已经结束，但是心情却难以平静，在这四周中，我感受到了物联网的飞速发展，也深刻体会到了计算机技术的更新换代。通过这次学习，我发现原来物联网技术就在我们身边。 新大陆科技是国内领先的集物联网核心技术、核心产品、行业应用和商业模式创新于一身的极富有创新性的综合性物联网企业，产业横跨物联网信息、三网融合通信和绿色环保科技三大领域，具有极其丰富的物联网产业应用及行业领先技术。新大陆电脑面向行业基于网络，提供专业化的信息识别、电子支付、移动通信支撑、高速公路信息化的服务和产品。在信息识别方面，发展了国际先进水平的二维码技术、成为国际上少数掌握二维码核心技术的厂商之一,在国内率先创建了二维码手机电子支付商业模式，发展了中国首例二维码的动物溯源应用。? 随着2009年8?月7日，国务院总理温家宝视察中科院无锡高新微纳传感网工程技术研发中心时发表了重要讲话，提出了“在激烈的国际竞争中，迅速建立中国的‘传感信息中心’或‘感知中国’中心”的重要指示；随着感知中国战略的启动及逐步展开，中国物联网产业发展面临巨大机遇。国家“十二五”规划明确提出，物联网将会在智能电网、智能交通、智能物流、金融与服务业、国防军事十大领域重点部署。据有关消息称，其中智能电网总投资预计达2万亿元，居十大领域之首，到2015年物联网的产业规模2000亿元。? 这四周的培训主要包括以下几个部分：物联网导论与基础、物联网感知技术、嵌入式开发基础、智慧社区等内容。通过培训，提高教师的技能水平和实践能力，学习企业的教学方法，了解企业先进技术和工作流程，将企业的先进管理制度运用到教学中去，培养更多能学以致用的实用性技能。
干法刻蚀工艺总结 离子束刻蚀机（IBE-150A） 背景: 利用辉光放电原理将氩气分解为氩离子，氩离子经过阳极电场的加速对样品表面进行物理轰击，以达到刻蚀的作用。把Ar、Kr或Xe之类惰性气体充入离子源放电室并使其电离形成等离子体，然后由栅极将离子呈束状引出并加速，具有一定能量的离子束进入工作室，射向固体表面撞击固体表面原子，使材料原子发生溅射，达到刻蚀目的，属纯物理过程。 技术指标： 装片：一片六英寸衬底、或1片四英寸，向下兼容。 抽气速度：30min由ATM到1.0×10-3Pa 极限真空度：2×10-4Pa 离子能量：300eV-400eV
ICP刻蚀机（OXFORD ICP 180） 背景: 通入反应气体使用电感耦合等离子体辉光放电将其分解，产生的具有强化学活性的等离子体在电场的加速作用下移动到样品表面，对样品表面既进行化学反应生成挥发性气体，又有一定的物理刻蚀作用。因为等离子体源与射频加速源分离，所以等离子体密度可以更高，加速能力也可以加强，以获得更高的刻蚀速率，以及更好的各向异性刻蚀。另外，由于该系统使用了Cl基和Br基的刻蚀气体，因此该ICP系统适合于对Ⅲ-Ⅴ族化合物材料进行刻蚀。 技术指标： ICP离子源：0~3000W RF射频源：0~600W 装片：1片四英寸，向下兼容 基底刻蚀温度：0℃-200℃可调。 刻蚀气体：BCl 3、Cl 2 、HBr、Ar、O 2 可刻蚀材料包括：GaN、GaAs、InP等Ⅲ-Ⅴ族化合物材料
ICP刻蚀机（STS HRM） 背景： 通入反应气体使用电感耦合等离子体辉光放电将其分解，产生的具有强化学活性的等离子体在电场的加速作用下移动到样品表面，对样品表面既进行化学反应生成挥发性气体，又有一定的物理刻蚀作用。因为等离子体源与射频加速源分离，所以等离子体密度可以更高，加速能力也可以加强，以获得更高的刻蚀速率，以及更好的各向异性刻蚀。该系统使用了F基的刻蚀气体，具有Bosch工艺，适合于对硅材料进行大深宽比刻蚀。 技术指标： ICP离子源：0-3000W RF射频源：0-600W 装片系统：六英寸，向下兼容 基底刻蚀温度：0℃-200℃可调。 刻蚀气体：SF6、C4F8、O2、Ar 可刻蚀材料包括：硅材料
聚焦离子束加工技术及其应用 摘要：。聚焦离子束(FIB)技术是把离子束斑聚焦到亚微米甚至纳米级尺寸，通过偏转系统实现微细束 加工的新技术。文章简述了聚焦离子束工作原理和应用前景等。 关键词：聚焦离子束、刻蚀 1．聚焦离子束简介 聚焦离子束(focused ion beam，FIB)与聚焦电子束从本质上讲是一样的，都是带电粒子经过电磁场聚焦形成细束。但聚焦电子束不同于聚焦离子束。区别在于它们的质量，最轻的离子为氢离子也是电子质量的1 840倍。离子束不但可以像电子束那样用来曝光，而且重质量的离子也可以直接将固体表面的原子溅射剥离，因此聚焦离子束更广泛地作为一种直接微纳米加工工具。 离子束的应用已经有近百年的历史。自1910年Thomson建立了气体放电型离子源后，离子束技术 主要应用于物质分析、同位素分离与材料改性。由于早期的等离子体放电式离子源均属于大面积离子源，很难获得微细离子束。真正的聚焦离子束始于液态金属离子源的出现。1975年美国阿贡国家实验室开发出液态金属离子源(LMIS)，1978年美国加州休斯研究所的R．L．Seliger等人建立了第一台装有Ga LMIS的FIB系统，其束斑直径仅为100nm(目前已可获得只有5nm的束斑直径)。电流密度为1．5A／cm ，亮度达3．3×10。A／(cm2．sr)。这给进行亚微米JJnq-器件的研究极大的鼓舞。 聚焦离子束(FIB)技术就是在电场及磁场的作用下，将离子束聚焦列亚微米甚至纳米量级，通过偏转系统和加速系统控制离子束，实现微细图形的检测分析和纳米结构的无掩模加工。FIB技术经过不断发展，离子束已可以在几个平方微米到近lmm 的区域内进行数字光栅扫描，可以实现：①通过微通道极或通道电子倍增器收集二次带电粒子来采集图像。②通过高能或化学增强溅射来去除不想要的材料。③淀积金属、碳或类电介质薄膜的亚微米图形。 FIB技术已在掩膜修复、电路修正、失效分析、透射电子显微镜(TEM)试样制作及三维结构直写等多方面获得应用。 2．聚焦离子束的工作原理 离子束系统的“心脏”是离子源。目前技术较成熟，应用较广泛的离子源是LMIS，其源尺寸小、亮度高、发射稳定，可以进行微纳米加工。同时其要求工作条件低(气压小于10 Pa，可在常温下工作)，能提供A1、As、Au、B、Be、Bi、Cu、Ga、Fe、In、P、Pb、Pd、Si、Sn及Zn等多种离子。由于Ga(镓)具有低熔点、低蒸气压及良好的抗氧化力，成为目前商用系统采用的离子源。 液态金属离子源（LMIS)结构有多种形式，但大多数由发射尖钨丝、液态金属贮存池组成，典型的LMIS 结构示意图如图所示。 FIB系统由离子束柱、工作腔体、真空系统、气体注入系统及用户界面等组成，图2是聚焦离子束工作原理示意图。其工作原理为：在离子柱顶端的液态离子源上加上较强的电场，来抽取出带正电荷的离子，通过同样位于柱中的静电透镜，一套可控的上、下偏转装置，将离子束聚焦在样品上扫描，离子束轰击样品后产生的二次电子和二次离子被收集并成像。 典型的聚焦离子束系统的工作电流在lpA到30nA之间。在最小工作电流时，分辨率均可达5nm。 目前已有多家公司可以提供商品聚焦离子束系统，其中以美国FEI公司的产品占主导地位。该公司可提供一系列通用或专用聚焦离子束机，包括结构分析系列与掩模缺陷修补系列的电子离子双束系统与集成电路片修正系统。 双束系统的优点是兼有扫描镜高分辨率成像的功能及聚焦离子束加工的功能。用扫描电镜可以对样品精确定位并能实时观察聚焦离子束的加工过程。聚焦离子束切割后的样品可以立即通过扫描电镜观察。工业用机的自动化程度高，可装载硅片的尺寸为(6～8)in。 3．聚焦离子束加工的特点
第一章 1、制造制造:指制造是一个涉及制造工业中产品设计、物料选择、生产计划、生产过程、质量保证、经营管理、市场销售和服务的一系列相关活动和工作的总称。广义制造的3个特点：全过程、大范围、高技术。 2、制造业产品的分类：1）、按宏观用途：生产资料、生活资料。2）、按构成形态分：离散式产品、流程、混合。机械电子制造业的产品七大类：金属制品、专用设备、普通机械、交通运输机械、电器机械及器材、电子及通信设备、仪器仪表及文化办公用机械。4、产品市场生命周期：只一个产品进入市场到退出市场的全过程。产品市场生命周期:⑴投入期（T1）。⑵成长期T2又可分为①试销期（T21）②初步稳定期（T22）③失望期（T23）④成长后期（T24）⑶成熟期T3⑷退让期T45、产品全生命周期：是指一个产品从构思到出生、从报废到再生的全过程。6个阶段：产品计划、设计、制造、销售、使用、报废。6、系统（system）是具有特定功能的、由若干相互联系的要素组成的一个整体。7、系统的特性：1、）集合性2）层次性3）有界性4）相关性5）整体性6）目的性7）环境适应性8）生物性8、制造系统是由制造过程所涉及的硬件、软件和人员所组成的、通过资源转换以最大生产率而增值的、经历产品生命周期过程的一个有机整体。理解制造系统的3方面①在结构上②在功能上③在过程上:这个制造全过程的主要环节：市场分析、产品设计、工艺设计、加工装配、检验包装、销售服务、报废处理。9、先进制造系统:是在时间、质量、成本、服务和环境诸方面很好地满足市场需求，采用了先进制造技术和先进制造模式，协调运行，获取系统资源投入的最大增值，具有良好社会效益，达到整体最优的制造系统。 10、先进制造系统的特点①时间第一②满意质量③分集并存包括4个因素：信息、技术、管理、人。④以人为本⑤扁平组织⑥柔性更高⑦模块拼合⑧关注环境11先进制造技术定义是传统制造技术不断吸收机械、电子、信息、材料、能源及现代管理等方面的成果，并将其综合应用于产品全生命周期，以实现优质、高效、低耗、清洁、灵活生产，并取得理想技术经济效果的制造技术的总称. 第二章1、制造系统的分类：按产品构成形态分:离散式、流程式、混合式;按产品批量分1）大量（2）中量（3）小量:按生产计划分：自主式、订单式（制造策略：按订货设计、按订货加工、按订货装配）:按层次结构分：单元级制造系统、车间级制造系统、企业级制造系统、全球制造系统:制造系统大小的划分：大系统（大型固定系统、大型柔性系统）、小系统。 2、AMS的资源结构：基础资源、活性资源 3、AMS的功能结构:研究与开发、生产与控制、市场营销、财务管理。 4、AMS的组织结构：市场部、销售部、采购部、工程开发部、制造部、工业工程部、财务部、人力资源部。 5、AMS的过程组成：单元级制造系统的三运动流：物质流、信息流、能量流.其子系统：物质系统、信息系统、能量系统.企业级制造系统的四运动流：物料流、信息流、资金流、劳务流.其子系统：物料系统、信息系统、财务系统、人事系统 6、AMS的信息系统：管理信息子系统、技术、质量、生产。 7、制造系统的特性：1）转换性2）分解性3）集成性4）动态性5）进化性6）开放性7）随机性8）复杂性9、AMS(先进制造系统)五个决策属性：时间、质量、成本、服务、环境。10、制造系统的生命周期是从提出建立或改进制造系统开始，到它脱离运行并被新系统替代而结束所经历的时间。六个阶段：可行性研究、总体设计、详细设计、系统实施、系统运行、系统更新。对应于生物系统6个阶段：导入、生成、成熟、饱和、老化和衰亡。12、制造系统的几种控制方式：集中式控制；递阶；分布13、信息化制造的内容：生产作业层的信息化、管理办公层、战略决策层、协作商务层。14、信息化制造的任务：它的建设任务包括硬件、软件和应用系统等方面。 第三章制造模式的类型.按制造过程可变性分类：(1)刚性制造模式（DMM）。优点：生产率高，设备利用率高，产品成本很低。缺点：投资大，设备不灵活，只能加工一种零件，或几种相似零件。若要改变产品品种，则需对自动流水线作较大改动，投资和时间的耗费很大。
第28卷第1期2009年2月 电 子 显 微 学 报 Journal of Chinese Electron Microscopy Society Vol 28,No 12009 2 文章编号:1000 6281(2009)01 0062 06 基于聚焦离子束注入的微纳加工技术研究 徐宗伟1,2 ,房丰洲 1,2* ,张少婧1,陈耘辉 1 (1.天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室天津市微纳制造技术工程中心,天津300072; 2.天津微纳制造技术有限公司,天津300457) 摘 要:提出了聚焦离子束注入(focused ion beam implantati on,FIBI)和聚焦离子束XeF 2气体辅助刻蚀(gas assisted etching,GAE)相结合的微纳加工技术。通过扫描电镜观察FIBI 横截面研究了聚焦离子束加工参数与离子注入深度的关系。当镓离子剂量大于1 4 1017i on cm 2时,聚焦离子束注入层中观察到均匀分布、直径10~15nm 的纳米颗粒层。以此作为XeF 2气体反应的掩膜,利用聚焦离子束XeF 2气体辅助刻蚀(FIB GAE)技术实现了多种微纳米级结构和器件加工,如纳米光栅、纳米电极和微正弦结构等。结果表明该方法灵活高效,很有发展前途。关键词:聚焦离子束(FIB);离子注入;气体辅助刻蚀(GAE);微结构中图分类号:TH73;TH74;O59 文献标识码:A 收稿日期:2008 11 19;修订日期:2008 12 16 基金项目:高等学校学科创新引资计划资助(B07014). 作者简介:徐宗伟(1978-),男(满族),辽宁人,博士后.E mail:zongwei xu@163.c om.*通讯作者:房丰洲(1963-),男(汉族),黑龙江人,教授.E mail:fzfang@https://www.doczj.com/doc/8a3040636.html,. 聚焦离子束(focused ion beam,FIB)加工技术在 微纳米结构的加工中得到广泛的应用[1,2] 。聚焦离子束系统不仅能够去除材料(铣削加工),还具有添加材料(离子注入和沉积)加工的能力。离子注入是采用高能离子轰击样品表面,使高能离子射入样品,入射离子通过与工件中的原子碰撞,逐渐失去能量,最后停留在样品表层。对聚焦离子束注入损伤的显微研究目前普遍使用的是透射电子显微镜[3] 。透射电子显微镜具有分辨率高的优点,但透射电镜样品的制备难度较大。 与传统的掩模注入法相比,运用聚焦离子束系统进行定点离子注入,不仅大大节省成本,还可节约加工时间[4] 。聚焦离子束离子注入已被尝试应用于纳米结构和器件的加工研究,主要方法是利用FIBI 层作为掩膜,结合湿法刻蚀[5] 或反应离子深刻蚀 [6] 。 利用FIBI 和KOH 溶液湿法刻蚀的加工方法,可在硅基底上加工纳米悬臂梁。FIBI 还可以用来增强聚合物材料的抗刻蚀性 [1] 。目前FIBI 结合后续的湿 法刻蚀及反应离子刻蚀的方法将刻蚀除离子注入区域外基底所有其它位置,无法实现在局部位置的刻蚀加工,限制了离子注入技术的应用。 本文首先研究了聚焦离子束加工参数对离子注入深度的影响规律,以及聚焦离子束离子注入层作为蚀刻掩膜时离子束照射剂量的临界值。提出了聚焦离子束离子注入结合聚焦离子束XeF 2气体辅助刻蚀加工微纳结构的方法,实现了纳米光栅、纳米电 极和准三维复杂结构的微纳结构和器件的加工。 1 实验 使用FIB SE M 双束系统(FEI Nova Nanolab 200)对Si(100)基底进行离子注入。FE SE M 的图像分辨率为1 1nm,而聚焦离子束束斑直径可小至5nm 。系统使用镓离子作为离子源,加速电压为5~30kV,工作电流为1pA~20nA 。 2 FIBI 的显微组织研究 2 1 离子注入深度研究 利用聚焦离子束对FIBI 层进行切截面加工,然后用场发射扫描电镜对离子束注入截面进行观测,如图1a 所示。图1b 所示是对聚焦离子束注入层的横截面高分辨率观察结果。聚焦离子束工作参数为30kV 30pA,加工区域为2 m 2 m 。如果离子束照射剂量大于7 0 1016 ion cm 2 ,在离子注入层的横截面上会出现直径10~15nm 的纳米颗粒。当离子束照射剂量较小时,离子注入层厚度随加工时间的增加而增大;当离子束照射剂量增加到一定程度,离子铣削和离子注入达到动态平衡,离子注入层的厚度趋于稳定。 图1b 反映了离子注入层深度可通过离子注入层横截面测量得到。为避免聚焦离子束加工再沉积对测量结果的影响,以注入层最上面到最下面的纳米级颗粒间的距离作为离子注入深度,对加速电压
微纳制造技术作业 标准化文件发布号：（9312-EUATWW-MWUB-WUNN-INNUL-DQQTY-
问题：1、微机械制造材料大致分为几类而常用的制造微机电产品的材料有哪些，MEMS装置为何大多选用硅材料制造 2、纳米材料与常规的材料相比，有哪些优点 答：1、（1）微机械制造材料大致分为结构材料、功能材料和智能材料三大类。 （2）常用的制造微机电产品的材料有： a，结构材料：是以力学性能为基础，具有一定强度，对物理或化学性能也有一定要求，一般用于构造微机械器件结构机体的材料，如硅晶体。 b，功能材料：指那些具有优良的电学、磁学、光学、热学、声学、力学、化学、生物医学功能，特殊的物理、化学、生物学效应，能完成功能相互转化，主要用来制造各种功能元器件而被广泛应用于各类高科技领域的高新技术材料。如压电材料、光敏材料等。 c，智能材料：一般具备传感、致动和控制3个基本要素。如形状记忆合金、磁/电致伸缩材料、导电聚合物、电流变/磁流变材料等。 （3）由于硅材料具有众多优点，所以MEMS装置大多选用硅材料制造。 其优点如下： ①优异的机械特性：在集成电路和微电子器件生产中，主要利用硅的电学特性；在微机 械结构中，则是利用其机械特性。或者同时利用其机械特性和电学特性，即具有机电合一的特性，便于实现机电器件的集成化。 ②储量丰富，成本低。硅是地壳中含量最多的元素之一，自然界的硅元素通常以氧化物 如石英（sio2）的形式存在，使用时要提纯处理，通常加工成为单晶形式（立方晶体，各向异性材料） ③便于批量生产微机械结构和微机电元件。硅材料的制造工艺与基层电路工艺有很好的 兼容性，便于微型化、集成化和批量生产。硅的微细加工技术比较成熟，且加工精度高，容易生成绝缘薄膜。 ④具有多种传感特性，如压电阻效应、霍尔效应。 ⑤纯净的单晶硅呈浅灰色，略具有金属性质。可以抛光加工，属于硬脆材料，热传导率 较大，对温度敏感。 2、纳米材料内部粒子的尺寸减小到纳米量级，将导致声、光、电、磁、热性能呈现新的 特性。对纳米体材料，可以用“更轻、更高、更强”这六个字来概括。 ①“更轻”是指借助于纳米材料和技术，可以制备体积更小性能不变甚至更好的器件， 减小器件的体积，使其更轻盈。第一台计算机需要三间房子来存放，正是借助与微米级的半导体制造技术，才实现了其小型化，并普及了计算机。无论从能量和资源利用来看，这种“小型化”的效益都是十分惊人的。 ②“更高”是指纳米材料可望有着更高的光、电、磁、热性能。 ③“更强”是指纳米材料有着更强的力学性能(如强度和韧性等)，对纳米陶瓷来说，纳 米化可望解决陶瓷的脆性问题，并可能表现出与金属等材料类似的塑性。纳米材料中的基本颗粒的微小尺寸效应，致使材料中的结构颗粒或原子团大多数是不存在位错的，这
物联网技术培训总结 虽然为期四周的物联网培训已经结束，但是心情却难以平静，在这四周中，我感受到了物联网的飞速发展，也深刻体会到了计算机技术的更新换代。通过这次学习，我发现原来物联网技术就在我们身边。 新大陆科技是国内领先的集物联网核心技术、核心产品、行业应用和商业模式创新于一身的极富有创新性的综合性物联网企业，产业横跨物联网信息、三网融合通信和绿色环保科技三大领域，具有极其丰富的物联网产业应用及行业领先技术。新大陆电脑面向行业基于网络，提供专业化的信息识别、电子支付、移动通信支撑、高速公路信息化的服务和产品。在信息识别方面，发展了国际先进水平的二维码技术、成为国际上少数掌握二维码核心技术的厂商之一,在国内率先创建了二维码手机电子支付商业模式，发展了中国首例二维码的动物溯源应用。 随着2009年8 月7日，国务院总理温家宝视察中科院无锡高新微纳传感网工程技术研发中心时发表了重要讲话，提出了“在激烈的国际竞争中，迅速建立中国的‘传感信息中心’或‘感知中国’中心”的重要指示；随着感知中国战略的启动及逐步展开，中国物联网产业发展面临巨大机遇。国家“十二五”规划明确提出，物联网将会在智能电网、智能交通、智能物流、金融与服务业、国防军事十大领域重点部署。据有关消息称，其中智能电网总投资预计达2万亿元，居十大领域之首，到2015年物联网的产业规模2000亿元。 这四周的培训主要包括以下几个部分：物联网导论与基础、物联网感知技术、嵌入式开发基础、智慧社区等内容。通过培训，提高教师的技能水平和实践能力，学习企业的教学方法，了解企业先进技术和工作流程，将企业的先进管理制度运用到教学中去，培养更多能学以致用的实用性技能。 通过培训，我们收获颇多： 1、了解物联网产业发展现状的发展动态和新技术、学习企业科技应用技术在教学中融合与实践的方法； 2、了解物联网企业的文化背景、了解企业岗位规范和工作流程； 3、学习、分享企业在物联网领域的创新成果； 4、学习企业物联网工程的实施与管理方法，并将其实施于教学过程； 5、了解物联网应用工程项目的具体工作过程，能够将其转换为课程教学的具体内容； 6、掌握物联网工程应用项目的技术，团队成员能够协作完成典型的物联网工程应用项目，提高教师的技能水平和实践能力。 物联网涉及的技术包括信息感知技术、信号处理技术、通信技术、计算机技术、网络技术、微机电技术和信息安全等；而物联网技术的核心在于信息感知部件的开发、大量信息源的组网和传输、海量数据的有效融合和使用等方面；而物联网的应用领域则包括工业、农业、服务业、环保、军事、交通、家居生活等几乎所有领域。 最后，我要感谢学校领导和系领导能够给我这次让我受益匪浅的学习机会，同时也非常感谢来自企业一线的老师们，你们的讲课方式和内容非常精彩，让我学到了在学校无法获得的知识与实践经验，期待着以后会有更多类似的培训机会。
离子束加工原理 离子束加工（ion beam machining，IBM）是在真空条件下利用离子源（离子枪）产生的离子经加速聚焦形成高能的离子束流投射到工件表面，使材料变形、破坏、分离以达到加工目的。 因为离子带正电荷且质量是电子的千万倍，且加速到较高速度时，具有比电子束大得多的撞击动能，因此，离子束撞击工件将引起变形、分离、破坏等机械作用，而不像电子束是通过热效应进行加工。 2.离子束加工特点 加工精度高。因离子束流密度和能量可得到精确控制。 在较高真空度下进行加工，环境污染少。特别适合加工高纯度的半导体材料及易氧化的金属材料。 加工应力小，变形极微小，加工表面质量高，适合于各种材料和低刚度零件的加工。 3.离子束加工的应用范围 离子束加工方式包括离子蚀刻、离子镀膜及离子溅射沉积和离子注入等。 1）离子刻蚀 3.离子束加工的应用范围 离子束加工方式包括离子蚀刻、离子镀膜及离子溅射沉积和离子注入等。 1）离子刻蚀 当所带能量为0.1～5keV、直径为十分之几纳米的的氩离子轰击工件表面时，此高能离子所传递的能量超过工件表面原子或分子间键合力时，材料表面的原子或分子被逐个溅射出来，以达到加工目的 这种加工本质上属于一种原子尺度的切削加工，通常又称为离子铣削。 离子束刻蚀可用于加工空气轴承的沟槽、打孔、加工极薄材料及超高精度非球面透镜，还可用于刻蚀集成电路等高精度图形。 2）离子溅射沉积 采用能量为0.1～5keV的氩离子轰击某种材料制成的靶材，将靶材原子击出并令其沉积到工件表面上并形成一层薄膜。 实际上此法为一种镀膜工艺。 3）离子镀膜 离子镀膜一方面是把靶材射出的原子向工件表面沉积，另一方面还有高速中性粒子打击工件表面以增强镀层与基材之间的结合力（可达10～20MPa）， 此法适应性强、膜层均匀致密、韧性好、沉积速度快，目前已获得广泛应用。4）离子注入 用5～500keV能量的离子束，直接轰击工件表面，由于离子能量相当大，可使离子钻进被加工工件材料表面层，改变其表面层的化学成分，从而改变工件表面层的机械物理性能。 此法不受温度及注入何种元素及粒量限制，可根据不同需求注入不同离子（如
特种加工技术概论 摘要：特种加工技术是直接借助电能、热能等各种能量进行材料加工的重要工艺方法。本 文简介了电火花加工，电化学加工，超声波加工等各种不同的特种加工技术，并介绍了特 种加工技术的特点及未来发展方向趋势。 关键词：特种加工电火花加工电化学加工离子束加工超声波加工快速成形 Abstract: Special processing technology is direct with electricity, heat, etc. Various kinds of energy to achieve material cutting processing method, is difficult to cutting materials, surface, fine surface, the factors of low stiffness parts and mould processing key process method. This paper introduces the electrical discharge machining, electrochemical machining, ultrasonic machining and different kinds of special processing technology, and introduced the special processing technology characteristics and the future development direction. Key Words: Special processing ; edm; Electrochemical machining Ion beam processing ; Ultrasonic machining ; Rapid forming 0.引言： 由于材料科学、高新技术的发展和新产品更新换代日益加快，当今产品又要求具有很高的性价比。为此，各种新材料、新结构、形状复杂的精密机械 零件大量涌现。于是一种本质上区别于传统加工的特种加工便应运而生。特 种加工对材料可加工性和结构工艺性的影响主要表现在以下几个方面：（1）提高了材料的可加工性（2）改变了零件的典型工艺路线（3）改变了试制新 产品的模式（4）对产品零件的结构设计带来了很大的影响（5）重新审视了 传统的结构工艺性（6）特种加工已经成为微细加工和纳米加工的主要手段。 1.电火花加工 电火花加工的原理是基于工具和工件之间脉冲性火花放电时的电腐蚀现象 来蚀除多余的金属，以达到对零件的尺寸形状及表面质量预定的加工要求。按 工具电极和工件相对运动的方式和用途的不同，电火花加工工艺大致可分为电 火花成形加工、电火花线切割、电火花磨削和镗磨、电火花同步共轭回转加工、电火花高速小孔加工、电火花放电沉积与刻字六大类。 1.1电火花放电沉积的基本原理与特点
问题：1、微机械制造材料大致分为几类而常用的制造微机电产品的材料有哪些，MEMS装置为何大多选用硅材料制造 2、纳米材料与常规的材料相比，有哪些优点 答：1、（1）微机械制造材料大致分为结构材料、功能材料和智能材料三大类。 （2）常用的制造微机电产品的材料有： a，结构材料：是以力学性能为基础，具有一定强度，对物理或化学性能也有一定要求，一般用于构造微机械器件结构机体的材料，如硅晶体。 b，功能材料：指那些具有优良的电学、磁学、光学、热学、声学、力学、化学、生物医学功能，特殊的物理、化学、生物学效应，能完成功能相互转化，主要用来制造各种功能元器件而被广泛应用于各类高科技领域的高新技术材料。如压电材料、光敏材料等。 c，智能材料：一般具备传感、致动和控制3个基本要素。如形状记忆合金、磁/电致伸缩材料、导电聚合物、电流变/磁流变材料等。 （3）由于硅材料具有众多优点，所以MEMS装置大多选用硅材料制造。 其优点如下： ①优异的机械特性：在集成电路和微电子器件生产中，主要利用硅的电学特性；在微机械结构中，则 是利用其机械特性。或者同时利用其机械特性和电学特性，即具有机电合一的特性，便于实现机电器件的集成化。 ②储量丰富，成本低。硅是地壳中含量最多的元素之一，自然界的硅元素通常以氧化物如石英（sio2） 的形式存在，使用时要提纯处理，通常加工成为单晶形式（立方晶体，各向异性材料） ③便于批量生产微机械结构和微机电元件。硅材料的制造工艺与基层电路工艺有很好的兼容性，便于 微型化、集成化和批量生产。硅的微细加工技术比较成熟，且加工精度高，容易生成绝缘薄膜。
④具有多种传感特性，如压电阻效应、霍尔效应。 ⑤纯净的单晶硅呈浅灰色，略具有金属性质。可以抛光加工，属于硬脆材料，热传导率较大，对温度敏感。 2、纳米材料内部粒子的尺寸减小到纳米量级，将导致声、光、电、磁、热性能呈现新的特性。对纳米体材料，可以用“更轻、更高、更强”这六个字来概括。 ①“更轻”是指借助于纳米材料和技术，可以制备体积更小性能不变甚至更好的器件，减小器件的体积，使其更轻盈。第一台计算机需要三间房子来存放，正是借助与微米级的半导体制造技术，才实现了其小型化，并普及了计算机。无论从能量和资源利用来看，这种“小型化”的效益都是十分惊人的。 ②“更高”是指纳米材料可望有着更高的光、电、磁、热性能。 ③“更强”是指纳米材料有着更强的力学性能(如强度和韧性等)，对纳米陶瓷来说，纳米化可望解决陶瓷的脆性问题，并可能表现出与金属等材料类似的塑性。纳米材料中的基本颗粒的微小尺寸效应，致使材料中的结构颗粒或原子团大多数是不存在位错的，这减少了材料的内部缺陷，在宏观上表现出异乎寻常的特性，常规的陶瓷材料脆而易碎，变成纳米相形式后就有了塑性，发生较大形变也不会裂成许多碎片，且可进行切削加工。原因是纳米级晶粒间不存在位错，相互之间滑动起来容易引起形变。
聚焦离子束(Focused Ion beam, FIB)的系统是利用电透镜将离子束聚焦成非常小尺寸的显微切割仪器，目前商用系统的离子束为液相金属离子源(Liquid Metal Ion Source,LMIS)，金属材质为镓(Gallium, Ga)，因为镓元素具有低熔点、低蒸气压、及良好的抗氧化力；典型的离子束显微镜包括液相金属离子源、电透镜、扫描电极、二次粒子侦测器、5-6轴向移动的试片基座、真空系统、抗振动和磁场的装置、电子控制面板、和计算机等硬设备，外加电场(Suppressor)于液相金属离子源可使液态镓形成细小尖端，再加上负电场(Extractor) 牵引尖端的镓，而导出镓离子束，在一般工作电压下，尖端电流密度约为1埃10-8 Amp/cm2，以电透镜聚焦，经过一连串变化孔径 (Automatic Variable Aperture, AVA)可决定离子束的大小，再经过二次聚焦至试片表面，利用物理碰撞来达到切割之目的。以下为其切割（蚀刻）和沉积原理图： 在成像方面，聚焦离子束显微镜和扫描电子显微镜的原理比较相近，其中离子束显微镜的试片表面受镓离子扫描撞击而激发出的二次电子和二次离子是影像的来源，影像的分辨率决定于离子束的大小、带电离子的加速电压、二次离子讯号的强度、试片接地的状况、与仪器抗振动和磁场的状况，目前商用机型的影像分辨率最高已达 4nm，虽然其分辨率不及扫描式电子显微镜和穿透式电子显微镜，但是对于定点结构的分析，它没有试片制备的问题，在工作时间上较为经济。 1工作原理编辑液态金属离子源 离子源是聚焦离子束系统的心脏，真正的聚焦离子束始于液态金属离子源的出现，液态金属离子源产生的离子具有高亮度、极小的源尺寸等一系列优点，使之成为目前所有聚焦离子束系统的离子源。液态金属离子源是利用液态金属在强电场作用下产生场致离子发射所形成的离子源[1、2]。液态金属离子源的基本结构如图1所示 在源制造过程中，将直径0.5mm左右的钨丝经过电化学腐蚀成尖端直径只有5－10μm的钨针，然后将熔融的液态金属粘附在钨针尖上，在外加强电场后，液态金属在电场力作用下形成一个极小的尖端（泰勒锥），液态尖端的电场强度可高达1010V/m。在如此高的电场下，液态表面的金属离子以场蒸发的形式逸出表面，产生离子束流。由于液态金属离子源的发射面积极小，尽管只有几微安的离子电流，但电流密度约可达106A/cm2，亮度约为20μA/s r。 聚焦离子束系统 聚焦式离子束技术是利用静电透镜将离子束聚焦成非常小尺寸的显微切割技术，目前商用FIB系统的粒子束是从液态金属离子源中引出。由于镓元素具有低熔点、低蒸汽压以及良好的抗氧化力，因而液态金属离子源中的金属材料多为镓（Gallium，Ga）[3、4]。图2给出了聚焦离子束系统结构示意图。 在离子柱顶端外加电场（Suppressor）于液态金属离子源，可使液态金属或合金形成细小尖端，再加上负电场（Extractor）牵引尖端的金属或合金，从而导出离子束，然后通过静电透镜聚焦，经过一连串可变化孔径（Automatic Variable Aperture，AVA）可决定离子束的大小，而后用E×B质量分析器筛选出所需要的离子种类，最后通过八极偏转装置及物镜将离子束聚焦在样品上并扫描，离子束轰击样品，产生的二次电子和离子被收集并成像或利用物理碰撞来实现切割或研磨。 2基本功能编辑聚焦离子束显微镜的基本功能可概分为四种： 1. 定点切割(Precisional Cutting)-利用离子的物理碰撞来达到切割之目的。广泛应用于集成电路(IC)和LCD的Cross Section加工和分析。 2. 选择性的材料蒸镀(Selective Deposition)-以离子束的能量分解有机金属蒸气或气相绝缘材料，在局部区域作导体或非导体的沉积，可提供金属和氧化层的沉积(Metal and TEOS Deposition)，常见的金属沉积有铂(Platinum,Pt)和钨(Tungstun,W)二种。 3. 强化性蚀刻或选择性蚀刻(Enhanced Etching-Iodine/Selective Etching-XeF2)-辅以腐蚀性气体，加速切割的效率或作选择性的材料去除。 4. 蚀刻终点侦测(End Point Detection)-侦测二次离子的讯号，藉以了解切割或蚀刻的进行状况。在实际的应用上，为了有效的搜寻故障的区域或外来掉落的材料碎屑、尘埃、污染粒子(Particles)等位置，离子束显微镜在外围的控制系统上，可配备自动定位导航系统或影像重叠定位装置，当生产线的缺陷检视系统(Defect Inspection System)，例如:KLA或Tencor，发现制程异常时，可将芯片上缺陷的计算机档案传送到自动定位导航系统，离子束显微镜即可迅速找寻缺陷的位置，并进行切割动作，确认缺陷发生的层次，如此可避免芯片送出无尘室后与外界的灰尘混淆，达到 "Off-line 找到的就是In-line 看到的" 精准度，这种功能免除了工程师在试片制备上极大的困扰，同时节省