项目名称多元材料跨尺度微纳加工与设计方法

项目名称：多元材料跨尺度微纳加工与设计方法

完成单位：北京大学

完成人：吴文刚，张海霞，王玮，陈兢，李志宏，张锦文

项目简介:

智能化微型系统被公认为未来技术创新的主要方向之一，面向不同应用需求及环境构筑多样化、集成化的微纳传感器、执行器，是发展上述智能化微型系统的主要基础和关键环节，其中开发多样化、集成化微纳传感器、执行器的新型制造技术，特备是实现不同功能材料、不同尺度域的集成制造成为当前的重要挑战。

针对以上问题，本成果解决了四个关键问题：如何在多元材料上实现微纳复合结构的制备，如何在跨微纳尺度范畴内实现大批量微纳结构的可控制备，如何形成制备方法的标准化分析和表征，如何将所开发的多元材料跨尺度微纳加工技术应用于制造高性能典型微纳传感器、执行器并进行器件推广应用。主要发明创新如下：

1）提出了基于氧等离子体轰击聚合物引入纳米材料和优化深反应离子刻蚀（DRIE）工艺的纳米森林结构加工技术，建立了无掩模制备“以微米为骨架结构, 以纳米为功能结

构”的微纳集成制造方法，在硅基材料、介质材料以及多种柔性材料上实现了微纳复

合结构的大规模批量化加工，成品率达到95%以上，成本下降200%；

2）提出了聚焦离子束应力引入及类流体物质迁移微纳加工技术，基于侧墙工艺、边缘光刻和衍射曝光工艺的多样化纳米结构加工技术，以及纳米颗粒晶体加工技术，纳米结

构的可控性达到80%以上；

3）提出了钛、钼、钨等金属材料、聚对二甲苯（Parylene-C）以及Parylene C/聚二甲基硅氧烷（PDMS）复合聚合物材料（pcPDMS）的微纳加工技术，实现了微小金属零件、

柔性基底微纳器件以及高性能微流控芯片等的加工制作，新型微纳加工工艺材料5种以

上；

4）发明了通过SEM图像进行三维结构重建和对跨尺度结构进行数值化分析与表征的方法，并形成了应用软件在国际上发行；

5）发明了采用上述多元材料跨尺度微纳加工技术制备的新型微纳能源器件、微流控表面拉曼增强散射（SERS）检测器件、高灵敏度生化传感器件等，技术达到国际先进水平，

应用于能量采集、食品安全检测、环境监测等领域，部分器件已经形成产品在市场上

销售。

形成了具有自主知识产权的多元材料跨尺度微纳加工与设计方法，获得了授权发明专利33项，软件著作权4项，在影响因子大于5的国际重要学术期刊上发表论文21篇，重要学术会议邀请报告40余次。研究成果已经在北京微能高芯科技有限公司等企业实现应用，2010-2014年共

实现累计销售总额15000万元。