微纳制造技术作业

微纳加⼯⼯艺流程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（⽬前最新版本为）和等。

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（以上）将图形打印在透明胶⽚上，这种⽅法的误差⼀般为，视激光照排机的精度⽽定。

当图形的尺度为量级时，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。

图采⽤设计的模版图。

通过电⼦束曝光的⽅法可以得到精度更⾼的掩模版，精度可达甚⾄级。

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：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。

例如于卖给公司的专利，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。

作业一1. 在形成微机械结构的空腔或可活动的微结构过程中，先在下层薄膜上用结构材料淀积所需的各种特殊结构件，再用化学刻蚀剂将此层薄膜腐蚀掉，但不损伤微结构件，然后得到上层薄膜结构（空腔或微结构件）。

由于被去掉的下层薄膜只起分离层作用，故称其为牺牲层。

a) 淀积一层牺牲层；b) 淀积一层结构层；c) 匀胶、光刻、蚀刻，将结构层图形化；d) 淀积一层牺牲层；e) 匀胶、光刻、蚀刻，将中心部分的牺牲层图形化；f) 淀积一层结构层；g) 经过匀胶、光刻、蚀刻等流程，将结构层图形化；h) 利用腐蚀的方法去掉牺牲层，保留了结构层，得到微马达。

2. 或非门T1、T2为PMOS，当输入电平为低电平时导通。

T3、T4为NMOS，当输入电平为高电平时导通。

导通状态用√表示，非导通状态用×表示。

作业二1.对于一个NA为0.6的投影曝光系统，计算其在不同曝光波长下的理论分辨率和焦深，并作图。

设k1=0.6，k2=0.5（均为典型值）。

图中的波长范围为100nm到1000nm（DUV和可见光）。

在你画的图中，标示出曝光波长g线436nm，i线365nm，KrF 248nm，ArF 193nm。

根据这些简单计算，考虑ArF源是否可以达到0.13μm 和0.1μm级的分辨率？答：根据这些计算可知ArF (193 nm)的分辨率不能达到0.13 µm和0.1μm级。

可以采用其他先进技术,如相移掩膜、离轴照明等,ArF将有可能达到0.13µm或者0.1µm级别。

2. 一个X射线曝光系统，使用的光子能量为1keV，如果掩膜板和硅片的间隔是20μm，估算该系统所能达到的衍射限制分辨率。

答：1 keV光子能量对应的波长为X射线系统是接近式的曝光系统，所以分辨率为3. 对于157nm F2准分子激光的光学投影系统：a. 假定数值孔径是0.8，k1=0.75，使用分辨率的一级近似，估算这样的系统能达到的分辨率。

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。

机械制作微纳制造与精密加工的设计与制造流程随着科技的不断进步，微纳制造与精密加工成为了现代机械制作的重要领域。

本文将介绍微纳制造与精密加工的设计与制造流程，包括工艺选择、CAD设计、CAM加工以及质量控制等方面的内容。

一、工艺选择微纳制造与精密加工的工艺选择是一个关键的环节，需要根据产品的要求和材料的特性来确定。

常见的微纳制造工艺包括光刻、薄膜沉积、离子刻蚀等，而精密加工则可以采用传统的机械加工、电火花加工等方式。

在选择工艺时，需要考虑到成本、制造周期、加工精度等因素，以确保最佳的制造效果。

二、CAD设计在微纳制造与精密加工中，CAD设计起着决定性的作用。

通过CAD软件，可以对产品进行三维建模和工艺规划。

在设计过程中，需要注意尺寸的精确度和产品的可制造性。

CAD设计不仅可以提高产品的制造效率，还可以避免因设计缺陷而导致的制造问题。

三、CAM加工CAM加工是将CAD设计转化为具体的加工路径和指令，使得机床能够按照设计要求进行加工。

在微纳制造和精密加工中，CAM加工具有重要的意义。

通过CAM软件，可以将复杂的几何形状转化为机床可识别的G代码。

CAM加工可以提高加工的精度和效率，同时减少人为因素对加工过程的影响。

四、加工设备选择在微纳制造与精密加工中，设备的选择至关重要。

需要考虑到产品的材料、工艺要求和制造规模等因素。

常见的加工设备包括数控机床、雷射切割机、电火花加工机等。

在选择设备时，需要确保设备具备足够的稳定性和可控性，以满足高精度和高效率的加工需求。

五、质量控制微纳制造与精密加工对质量控制要求极高。

在生产过程中，需要进行严格的质量控制和检测。

常见的质量控制方法包括测量、非接触检测、显微镜检查等。

通过这些质量控制手段，可以确保产品的尺寸精确度和表面质量符合设计要求。

六、维护与保养微纳制造与精密加工的设备需要进行定期的维护与保养，以确保其正常运行和加工精度。

维护与保养包括设备清洁、润滑、零部件更换等方面。

《微纳制造技术》教学大纲课程代码：NANA2027课程名称：微纳制造技术英文名称：Nanofabrication课程性质：专业教学课程学分/学时： 2分/36时考核方式：闭卷考试、课堂报告、课后作业开课学期： 5适用专业：纳米材料与技术先修课程：半导体器件物理后续课程：新能源材料与技术、纳米材料表征技术选用教材：唐天同，《微纳加工科学原理》，电子工业出版社，2010年一、课程目标通过本课程的理论教学与课后作业，使学生具备以下能力：熟悉微纳制造常用的工艺及方法，了解其应用场景及对比不同方法之间优缺点；可以运用公式计算解决材料选择、加工参数相关问题；对新兴微纳制造技术及未来发展趋势有一定了解。

（支撑毕业要求1-2）了解微纳制造工艺的基本概念、方法、理论、加工设备的发展演变过程和发展趋势，并结合微纳制造工艺在集成电路、纳米传感、光电子等器件领域应用，对微纳制造这一前沿研究领域有初步认识，建立相关领域的知识储备结构，并能在今后的工作中加以结合与应用。

（支撑毕业要求2-2）二、教学内容第一章绪论（支撑毕业要求1-2）课时：1周，共2课时教学内容：一、微电子的发展历史二、集成电路基本工艺流程三、纳米制造的发展要求学生：了解微电子工业以及微纳制造技术的发展历史，认识当前集成电路加工的主要流程和工艺。

第二章微电子与光电子集成技术中使用的材料（支撑毕业要求1-2，2-2）课时：2周，共4课时教学内容第一节晶体结构与性质一、晶体的几何结构二、晶体的电学性质三、晶体的光学性质第二节半导体材料一、元素半导体二、I II-V族半导体三、I I-VI族半导体四、I V-IV族化合物半导体第三节纳米结构与材料一、半导体超晶格结构二、量子阱、量子线和量子点要求学生：对晶体材料的几何结构、能带结构和电学性质基础认知；了解硅与几种典型半导体材料的特点和用途；了解新型一维、二维材料的结构特点以及用途。

第三章光刻（支撑毕业要求1-2，2-2）课时：2周，共4课时教学内容第一节光学光刻一、接触式和接近式曝光光刻二、投射式光刻三、先进光刻技术和其他改进分辨率的方法第二节光刻胶一、光刻胶类型三、涂敷和显影工艺三、光刻胶的化学放大和对比度增强技术第三节 X射线曝光技术一、X射线曝光原理二、X射线曝光技术应用要求学生：了解光刻技术的种类；学会改进分辨率的方法及相关参数计算；熟悉光刻工艺的具体步骤；认识新型光刻设备的优点及其应用；掌握使用软件绘制简单的光刻掩膜版的能力。

微型机器人中的微纳制造技术微型机器人是一种用于解决问题的小型机器人，它们可以在很多领域中使用，并且可以做许多不同的任务。

他们通常只有几毫米大小，并且通常是由许多不同的部分组成的。

要制造这些机器人，需要使用微纳制造技术，这种技术可以制造微小的部件并将它们组合成大型机器人。

微纳制造技术是一种制造微型机器人和其他微型设备的技术。

它可以制造微小的零件和组成它们的方式。

它使用控制和制造工具的微小化，使得可以制造极其微小的部件，并且可以将它们组装在一起。

在制造微型机器人时，使用微纳制造技术可以大大提高制造效率。

在这种制造技术中，要使用许多不同的工具和技术。

当涉及到微型机器人时，需要使用许多不同的技术来制造它们。

精密机械加工技术是其中之一。

在这种技术中，可以使用微型刀具，使微小的部件得以制造。

这种方法尤其适用于制造高精度部件。

另外，雕刻技术也是微纳制造技术的一部分。

在这种方法中，可以使用激光或其他工具来雕刻微小的部件。

这种方法特别适用于制造需要网状结构的部件。

制造微型机器人时，还需要使用化学技术。

微纳制造技术中的一种常见方法是电化学制造。

在这种方法中，可以使用小电极并在导电的材料上施加电流，制造微型部件。

另一种化学方法是通过反应来制造微米和纳米尺度的部件。

这种方法称为自组装，在这种方法中，微小的部件可以自动组装，在层次结构中制品。

使用微纳制造技术可以制造需要特别灵活的部件。

一种常见的用于制造微型机器人的灵活部件的方法是利用可聚合小分子或高分子。

利用这种方法，可以创造出可在不同的环境中作出更改的部件。

此外，微纳制造技术的另一个重要应用是光子学制造。

光子学涉及制造光学和光子学器件的技术，例如微型透镜和光子晶体，这对制造微型机器人来说非常有用。

使用这些部件可以使微型机器人更有效地执行任务，在诸如医疗、军事和环境中的各种领域中都有广泛的应用。

小结：微纳制造技术已经成为制造微型机器人和其他微型设备的重要技术。

它涉及许多不同的工具和技术，包括精密机械加工、雕刻和化学技术。