第五章 扫描探针加工技术
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扫描探针显微技术及其应用贺爽博【摘要】当今纳米科技时代,显微技术越来越成为一项不可或缺的研究手段.本文全面介绍了目前具有广泛应用的扫描探针显微技术,包括扫描隧道显微镜、原子力显微镜,以及导电原子力显微镜、压电响应力显微镜和磁力显微镜等专用功能型的扫描探针显微技术.本文介绍了这些扫描探针显微技术的工作原理,并比较了它们在应用上的优缺点.【期刊名称】《电子世界》【年(卷),期】2017(000)020【总页数】2页(P145,147)【关键词】扫描探针显微技术;扫描隧道显微镜;原子力显微镜;发展综述【作者】贺爽博【作者单位】湖南师范大学附属中学【正文语种】中文在新物理的探索、电子器件微型化等因素的驱动下,物理、化学、材料等学科的研究早已进入到了微观(纳米)领域。
在纳米科技时代,人们已经发现了更多有趣的物理现象、更多性能优越的新型材料,也开发了更多新型器件的应用。
而这一切都离不开微观尺度表征手段的发展。
显微技术是纳米科技领域不可或缺的一种表征手段,它可以被用于观察纳米材料的表面形貌、内部结构,也可以被用来测量材料在纳米尺度的物理特性。
传统的光学显微镜由于阿贝极限的存在,很难用于观察纳米材料。
从上世纪30年代逐渐发展起来的电子显微镜,虽然具有很高的分辨率和比较完善的测试功能,但是它具有仪器庞大、昂贵,运行、维护成本高,高真空要求,样品准备工艺复杂,测试效率低等缺点。
相比之下,于上世纪80年代迅速发展起来的扫描探针显微技术,具有结构简单、易于操作、测试效率高等优势,因此,自其发明以来,就得到了广泛的关注和应用。
目前,人们已发明了诸多类型的扫描探针显微镜,包括主要用于表面材料的表面形貌和原子/分子结构的扫描隧道显微镜、原子力显微镜,以及针对具体物理性质测量功能而实现的导电原子力显微镜、压电响应力显微镜和磁力显微镜等。
[1-3] 本文综述了几种常见的扫描探针显微技术,包括扫描隧道显微镜、原子力显微镜,以及基于原子力显微镜而实现的导电原子力显微镜、压电响应力显微镜和磁力显微镜。
《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。
探針加工方法标题:探针加工方法:一种精密的微纳米制造技术一、引言探针加工方法,也称为探针纳米加工或探针诱导加工,是一种在微纳米尺度上进行精密加工的技术。
这种技术主要利用尖端直径微小的探针,通过精确控制其运动和施加力的方式,实现对材料的切割、雕刻、沉积等操作,广泛应用于微电子、生物医学、纳米科技等领域。
二、探针加工原理探针加工的核心是扫描探针显微镜(Scanning Probe Microscopy, SPM),如原子力显微镜(Atomic Force Microscope, AFM)或扫描隧道显微镜(Scanning Tunneling Microscope, STM)。
探针的尖端与样品表面接触或接近,通过探测两者之间的力变化或电子隧道效应,可以实现对样品表面的高精度成像和加工。
三、探针加工类型1. 探针切割加工:通过控制探针在样品表面的移动和施加的压力,实现对材料的切割或雕刻,可以制作出微小的结构或图案。
2. 探针沉积加工:利用探针将材料沉积到目标位置,例如在特定区域沉积金属或半导体,形成微电子元器件。
3. 探针诱导化学反应:探针可以作为催化剂,诱导特定的化学反应,从而改变材料的性质或结构。
四、探针加工的优势探针加工的主要优点在于其高精度和灵活性。
它可以加工各种材料,包括硬质的半导体、金属,以及软质的聚合物、生物组织等。
此外,探针加工可以在大气、液体甚至真空环境下进行,适应性强。
五、应用领域探针加工技术在微电子学、纳米光学、生物医学工程、材料科学等多个领域有重要应用。
例如,制造微电子设备的微电路、制备纳米级别的光学元件、进行生物分子的纳米级操纵等。
六、结论探针加工方法作为一种精密的微纳米制造技术,其高精度、灵活性和广泛应用性使其在科学研究和工业生产中占据重要地位。
随着技术的不断进步,探针加工方法将在未来的技术发展中发挥更大的作用。
探针加工工艺流程一、原材料准备。
这就像是做菜得先准备食材一样。
对于探针加工呢,首先得选好合适的原材料。
一般来说呀,会用到一些金属材料,像钨啊、铱啊之类的。
这些材料可都是精挑细选的呢。
就拿钨来说,它硬度高,导电性也好,是做探针的好材料。
选材料的时候呀,得看材料的纯度,杂质太多可不行,就像交朋友,得找靠谱的。
而且这些原材料的规格也得符合要求,大小、形状都得对,不然后面加工起来就麻烦咯。
二、切割。
选好材料后就开始切割啦。
这个切割可不像咱们随便拿把剪刀剪纸那么简单。
那是有专门的设备的,像激光切割设备之类的。
这激光就像一把超级厉害的刀,唰的一下就能把原材料按照我们想要的长度给切好。
不过这过程也得小心呢,切得不好就浪费材料啦。
切割的时候工人师傅可得全神贯注,就像咱们打游戏的时候专注盯着屏幕,不能出一点差错。
而且切割出来的探针毛坯,尺寸要精准,不能有太大的偏差,不然后续加工就像盖房子地基没打好,整个都不稳当。
三、研磨。
切割好的探针毛坯就到研磨这一步啦。
研磨就像是给探针做美容一样。
工人师傅会把探针放在研磨机上,一点一点地把表面磨得光滑平整。
这个过程可考验耐心啦。
就像我们磨一块璞玉成美玉一样,得慢慢来。
研磨的时候要注意各个面的平整度,要是有一个面没磨好,那探针在使用的时候可能就会出问题。
而且不同的探针可能对研磨的精度要求还不一样呢。
比如说一些高精度的探针,研磨的误差得控制在非常小的范围内,这就像做精细的手工活,一点点都不能马虎。
四、清洗。
研磨完之后,探针上会有一些研磨的碎屑啊之类的脏东西。
这时候就得清洗啦。
清洗就像是给探针洗个澡,让它干干净净的。
会用一些专门的清洗液,把探针放在里面泡一泡,然后再用清水冲洗干净。
这清洗可不能敷衍了事哦。
要是清洗不干净,残留的碎屑可能会影响探针的性能。
就像我们洗脸,如果没洗干净就容易长痘痘一样,探针要是不干净,在使用的时候可能就会接触不良之类的。
五、检测。
清洗干净后的探针可不能就直接出厂啦。