微纳制造技术基础——光刻、刻蚀、电化学
光刻与微纳制造中的技术
光刻与微纳制造中的技术光刻是当今微纳制造中最重要的工艺之一，它利用高能量激光束来刻蚀出微小的结构。
该技术已广泛应用于电子器件、光学器件、MEMS、光学与微流体等领域。
在本文中，我们将深入探讨光刻与微纳制造的相关技术。
首先，光刻技术的主要原理是通过光敏树脂的化学反应，利用光刻胶图形转移的技术来刻蚀出微小的结构。
对于光刻胶，有两种主要的选择：正胶和负胶。
正胶应用光阴极版制备，通过紫外光束，产生的酸性化合物使得光刻胶发生交叉链接，从而表现出优异的抗刻蚀性能。
而负胶则利用紫外光和叠氮基团反应形成自由射线酸，从而使光刻胶发生断裂。
正常光刻胶经过光刻曝光、开发等步骤，形成的结构是需要刻蚀的图形的反面。
而负胶以光刻胶开发后去除被曝光的部分，形成所需的微结构。
光刻制程需要通过光刻机进行，包含了光源、光掩模制备、光学系统、曝光程序和开发程序等步骤。
曝光程序中光掩模的准备是其中最关键的一步，这需要使用电子束能够制造出充分细致的光掩膜图案。
目前，半导体行业和MEMS行业通常使用的是“光刻/微影仪”装备。
这种仪器能够将图形转移到光刻胶上面，形成所需的微细结构，同时能够通过调节光刻机内的光学系统来达到准确、高质量的光刻控制。
除了传统的紫外光或电子束光刻技术，最新的纳米光刻技术在光子学器件中的应用越来越广泛。
近期发展的光子晶体、多层介质等光刻技术，使得微细结构的分辨率加倍提高，从而使得可制造出尺寸更小、精度更高的光学器件。
例如，利用光子晶体来替代纳米电路中的电子器件，这些光子晶体能够通过光控制器和化学传感器发生作用，远超纳米电路在同样应用下带来的优势。
在微纳制造业中，光刻是一个重要的加工步骤，但从解决实际制造需求的角度考虑，它实际上只是一系列生成过程之一。
需要的是一系列设备和条件的整合，从而能够使得整个加工流程的能够正常的实施。
由于微纳制造的特殊性质，加工中还需要考虑到材料性质、加工设备的影响等情况。
在此基础上，需要精细的温控和真空处理技术，并清晰的给出各道工序的参数设定。
高分子材料的微纳加工与微纳制造技术
高分子材料的微纳加工与微纳制造技术高分子材料是一类重要的工程材料，具有较高的分子量和复杂的结构。
在近年来的发展中，微纳加工与微纳制造技术成为了高分子材料领域的研究热点。
微纳加工与微纳制造技术通过精确控制和操纵高分子材料的微观结构，能够赋予其新的性能和功能，并为高分子材料的应用提供了广阔的发展空间。
一、高分子材料的微纳加工技术高分子材料的微纳加工技术主要包括光刻、湿法腐蚀、干法腐蚀、离子注入、等离子体刻蚀等。
其中，光刻技术是一种常用的微纳加工技术，通过光致变化实现对光刻胶的选择性溶解或固化，从而形成所需的微结构。
而湿法腐蚀和干法腐蚀则是通过化学反应使高分子材料表面产生溶解或氧化等现象，从而实现微结构的制造。
离子注入和等离子体刻蚀则是通过离子轰击的方式对高分子材料进行加工，达到微纳结构的制作目的。
二、高分子材料的微纳制造技术高分子材料的微纳制造技术主要包括纳米压印、电子束曝光、激光刻蚀、原子力显微镜等。
纳米压印技术是一种将模具上的微纳结构直接转移到高分子材料表面的方法，可以实现高分子材料的纳米级结构制造。
电子束曝光技术则是通过电子束在高分子材料上的聚焦和扫描，使高分子材料的表面发生化学或物理变化，从而实现微纳结构的制造。
激光刻蚀技术则是利用激光对高分子材料进行高能量输入，使材料发生熔融、蒸发或化学反应，从而形成微纳结构。
原子力显微镜则是一种触探式的高分辨率显微技术，可以通过控制探针与高分子材料之间的作用力，直接制造微纳结构。
三、高分子材料微纳加工与微纳制造技术的应用高分子材料的微纳加工与微纳制造技术在多个领域有着广泛的应用前景。
在微电子领域，通过微纳加工与微纳制造技术，可以制造出具有高导电性、高耐热性的高分子材料微电子器件，用于集成电路、传感器等领域。
在光学领域，通过微纳制造技术可以制造出具有光学特性的高分子材料微结构，用于光导纤维、光波导等领域。
在生物医学领域，可以通过控制高分子材料的微观结构，实现针对性的药物输送和生物传感等应用。
微纳制造的原理和应用
微纳制造的原理和应用随着科技的不断发展和进步，微纳制造技术已经成为了现代化生产的重要工具，引领着人类进入了高效、精确、环保的新时代。
那么，什么是微纳制造？微纳制造是在微米或纳米尺度上进行制造加工、组装、测试和测量的技术体系。
它采用刻蚀、光加工、电铸、激光加工等多种方法，根据设计的点阵图案，以一步一步的方式，将具有特殊功能的微纳电子器件和微纳机械设备制造出来。
下面将会从微纳制造的原理和应用两个方面进行探讨。
微纳制造的原理微纳制造技术的基本原理是在微米或纳米的尺度上精密加工，使用特殊的工艺和设备制造出具有特定功能的微纳电子器件和微纳机械设备。
微纳制造技术主要包括三种类型：刻蚀、光加工和电子束曝光。
其中刻蚀是一种将固体材料经过腐蚀和化学反应而剥蚀的过程，在这一过程中，需要用到化学处理和高级别掩模的技术手段。
光加工则是通过光扫描来控制物质在材料表面的移动和形态。
光加工的基础是利用光在材料表面的能量损失，根据影像图案来控制光束来实现精密刻画。
最后是电子束曝光技术，它是一种通过电子束对微米或纳米级别的材料进行定向加工，采用缩微光学和数字影像处理技术，控制电子束在反应性基材上的扫描和刻写。
微纳制造的应用微纳制造技术广泛应用在半导体、微电子、医学、化学、能源、材料 science 和生物科学等领域。
微纳制造技术在半导体产业中的应用是其最重要的应用之一。
微纳制造技术可以对晶圆进行细微的加工和处理，从而制造出各种半导体器件。
随着人民生活的不断提高，医学成为应用微纳制造技术的另一个领域。
它可以用于制造医疗器械、人工组织和医疗器械等医疗产品。
此外，在化学、能源和材料 science 领域，微纳制造技术也可以应用于制造各种先进的材料科学和新型的能源器件，绝对可以一定程度上取代传统制造方法。
总的来说，微纳制造技术的原理和应用紧密相关。
随着科技的不断进步，微纳制造技术将会有着更广泛的应用。
在新的工业革命浪潮中，微纳制造规模和经济优势取代了传统的制造模式，使我们能够掌握和应用新的产业规律和技术趋势，并成为行业内的领导力量。
微纳加工技术综述
微纳加工技术综述微纳加工技术是一种制造微米和纳米级尺寸器件和结构的技术，它在许多领域具有广泛的应用，包括电子、光电子、生物医学、材料科学等。
本文将综述微纳加工技术的发展和应用，以及相关的制造方法和工艺。
微纳加工技术的发展微纳加工技术的发展可以追溯到上世纪70年代，当时主要应用于集成电路制造。
随着技术的发展，微纳加工技术不断演化和改进，逐渐应用于更广泛的领域。
目前，微纳加工技术已经成为实现微米和纳米级尺寸结构的主要方法之一。
微纳加工技术的分类微纳加工技术主要包括几种常见的制造方法，如光刻、离子束刻蚀、电子束微细加工和微影技术等。
这些方法可以根据工艺原理和设备类型进行分类。
光刻技术光刻技术是一种利用光敏感物质和光源进行模板制造的方法。
它通常包括光刻胶涂布、曝光、显像和腐蚀等步骤。
光刻技术广泛应用于半导体制造和微机电系统领域。
离子束刻蚀技术离子束刻蚀技术利用高能粒子束对材料进行加工，可以精确控制加工深度和形状。
它具有高分辨率、高精度和高加工速度的特点，被广泛应用于光学元件制造和纳米结构加工等领域。
电子束微细加工技术电子束微细加工技术是利用电子束对材料进行加工的方法。
它可以实现亚微米级的精度和分辨率，广泛应用于纳米结构制备和光电子器件制造等领域。
微影技术微影技术是一种利用光敏感材料进行模板制造的方法。
它包括热熔法、微球成型法和模板法等多种方法。
微影技术广泛应用于纳米结构制备和生物医学领域。
微纳加工技术的应用微纳加工技术在许多领域都有广泛的应用，下面将介绍一些主要的应用领域。
电子领域在电子器件领域，微纳加工技术用于制造半导体器件、集成电路、微电子机械系统等。
通过微纳加工技术，可以制造出更小、更快、更高性能的电子器件。
光电子领域在光电子器件领域，微纳加工技术用于制备光学元件、光纤、激光器等。
通过微纳加工技术，可以实现光学器件的微米级加工和微结构的制备。
生物医学领域在生物医学领域，微纳加工技术用于制造生物芯片、生物传感器、生物显微镜等。
半导体微纳加工技术与设计
半导体微纳加工技术与设计一、引言半导体微纳加工技术与设计是当代半导体技术的重要分支，它通过一系列高精度工艺步骤，以微纳米级别去实现设计出来的电子元件和系统。
在现代科技领域，包括通讯、计算机、电子游戏、汽车等行业，都离不开半导体微纳加工技术。
二、制造流程半导体微纳加工技术从硅片制作开始，通过薄膜沉积、光刻、蚀刻、物理气相沉积、离子注入、热处理等工艺步骤，最终生产出微型电子器件和系统。
下面我们简要介绍几个典型的加工过程。
2.1光刻技术光刻技术是半导体制造过程中的一个重要环节，它主要用于制造面积和结构相对较小的芯片，例如单晶硅和光学元件等。
通过制作掩膜，使一定区域的光遮挡住，再将光线照射在光刻胶上，在紫外线的作用下，光刻胶就会起反应。
接下来，用蚀刻工艺，将不需要保留的部分刻蚀掉，就得到了掩膜所规定的图案。
2.2离子注入离子注入也是一种半导体器件常用的工艺方法，它通过向材料表面注入离子，来改变材料的电学特性。
例如，可以在p型硅晶体中注入n型材料，从而制造出PN结，用于制作一些光电器件的电极。
2.3化学气相沉积化学气相沉积技术是制造微细不锈钢件和扇形泵等器件的一种常见方法。
沉积物质向反应室中通入，这些物质发生化学反应生成所需的物质，然后通过化学反应，将材料沉积在硅片或其他基板材料上。
三、应用现状微纳技术已经广泛应用于集成电路制造、通讯技术、生命科学、信标等行业。
在通讯技术领域，天线、半导体激光器、微波微带电路多采用微纳加工技术，在个人电子市场，三星、苹果等大厂所生产的手机和平板电脑等产品，也都是半导体微纳加工技术的经典代表作。
四、未来发展趋势随着技术的不断发展，微纳加工技术也在不断推陈出新。
未来可能的发展趋势包括自然生物体检测、智能汽车驾驶技术等。
总的来说，微纳加工技术将会在科技领域中发挥更加重要的作用。
五、结论半导体微纳加工技术是现代科技的重要组成部分，其应用广泛且前景光明，已成为当代电子技术的重要支柱之一。
基于微纳加工技术的微观结构设计与制备
基于微纳加工技术的微观结构设计与制备近年来，微观尺度下的技术制造趋势越来越明显，例如MEMS技术、纳米技术等。
因此，微观结构设计和制备也变得越来越重要。
微纳加工技术是一种通过制造精微结构的方法来改善产品性能的技术。
本文将介绍微观结构的设计原理、微纳加工技术的种类以及未来发展的趋势。
设计原理微观结构的设计需要考虑多种因素，例如：器件的功能、制造工艺的可行性、材料的性质等。
其中，简化结构、优化固有频率、提高依赖性和可靠性是设计中最重要的因素。
简化结构：在设计微结构时，需要通过简化结构以降低制造成本。
例如，可以更改结构的形状或移除不必要的结构等。
优化固有频率：固有频率与结构刚度与质量有关，所以可以通过控制结构的质量或材料的弹性模量来调整固有频率，从而优化产品性能。
提高依赖性：依赖性可以通过增加微结构之间的交互作用，以及改善制造工艺来提高。
在制造中，需要考虑各种复杂的因素如材料接口、制造过程的误差等。
可靠性：可靠性是指器件在工作中长期保持其性能稳定的能力。
它包括耐久性、温度稳定性、防腐蚀性等，需要在设计中就予以考虑。
微纳加工技术微纳加工技术是指通过光刻、离子束刻蚀、化学刻蚀、电化学加工等技术制造微观和纳米级结构。
微纳加工技术可以分为传统图案刻蚀技术、电子束刻蚀技术、激光加工技术和等离子体刻蚀技术。
传统图案刻蚀技术：传统图案刻蚀技术是微纳加工领域中最基本的工艺之一。
简而言之，就是通过光刻技术制造出所需芯片的模板，然后使用化学或物理方法来刻划。
即便是传统制造方法中，还包括制作模板和微结构之间的分离技术等复杂的过程。
电子束刻蚀技术：电子束刻蚀技术是一种基于光电子的技术，可以输出高精度的直径小于1纳米的电子束，在非常短的时间内刻划微型结构。
然而，它的缺点是制造速度慢且成本较高。
激光加工技术：激光加工技术是一种快速刻划微结构的方法，可以利用激光脉冲的热作用和蚀刻效应来刻划。
然而，其制造时的分辨率和复杂性受到限制。
微纳电子技术的材料与技术
微纳电子技术的材料与技术微纳电子技术是指电子元器件的微观尺度制造和集成技术。
微纳电子技术可以制造出尺寸小、功耗低、速度快、可靠性高的芯片，广泛应用于电子计算、通信、娱乐等领域。
微纳电子技术的材料：在微纳电子技术中，需要用到的材料有：1、硅(Si)：硅是微纳电子技术中最重要的材料，可以制造出电子元器件中的晶体管、集成电路等。
2、氮化硅(SiNx)：氮化硅用于封装半导体器件。
氮化硅有很好的抗氧化性能，可以保护器件不受环境中氧化等气体的侵蚀。
3、二氧化硅(SiO2)：二氧化硅用于制造晶体管中的栅氧化物。
栅氧化物是晶体管中非常重要的一个组成部分，用于控制晶体管的开启或关闭状态。
4、铜(Cu)：铜用于制造金属线路。
在微观尺度下，铜的电阻率很低，可以保证电子器件通电时电流的畅通。
5、铝(Al)：铝用于制造电容器等元器件中的电极。
铝有很好的附着性和导电性，可以保证电容器等元器件的正常工作。
微纳电子技术的制造工艺：微纳电子技术的制造工艺包括以下过程：1、晶圆制作：晶圆制作是微纳电子技术中的关键制造技术。
晶圆制作是利用半导体材料如硅制造芯片的过程。
在晶圆制作的过程中，需要采用化学气相沉积(CVD)、物理气相沉积(PVD)等技术将不同材料制成膜。
晶圆制作过程中所需要的化学药品、气体等材料的准确控制非常重要。
2、光刻技术：光刻技术是利用光的反射和折射原理制作芯片图案的过程。
在光刻技术中，需要使用掩模板，通过UV光照射达到对芯片进行曝光。
光刻技术的高分辨率和精度要求对掩模板和系统进行高度精细设计，这对于芯片的制造起到非常重要的作用。
3、薄膜技术：薄膜技术是用于进行材料制备和表面修饰的技术。
薄膜技术是通过物理气相沉积、原子层沉积(ALD)、离子束沉积(IBD)等技术进行的。
薄膜技术可以在制作芯片中进行修复或者添加功能层。
4、电镀技术：电镀技术是利用电化学原理进行的表面加工技术。
电镀技术可以用来制作导电线路、电极、电容器等元器件。
微纳米制造技术
etching)工艺可以称得上是微电子工艺中最为关键的 技术，决定着制造工艺的先进程度。光刻就是，在超净环境中，将掩 膜上的几何图形转移到半导体晶体表面的敏光薄材料上的工艺过程。 而此处的敏光薄材料就是指光刻胶（photoresist）。光刻胶又称光 致抗蚀剂、光阻或光阻剂，由感光树脂、增感剂和溶剂三种主要成分 组成的对光敏感的混合液体。感光树脂经光照后，在曝光区能很快地 发生光固化反应，使得这种材料的物理性能，特别是溶解性、亲合性 等发生明显变化。经适当的溶剂处理，溶去可溶性部分，得到所需图 像。
先进制造技术 复形工艺
复形工艺是利用具有微纳米尺寸技术的模具在抗蚀剂或基片上直 接复制出相应的微纳米结构的一种微纳制造方法。复形工艺主要包括： 纳米压印、微接触印刷、塑料模压技术和模铸技术等。纳米压印光刻 技术是将传统的模具复型原理应用到微观制造领域，它是一种新型的 微纳米制造技术，具有超低成本、高精度和高生产率的显著优点。与 传统光刻工艺相比，它是一种使用模具通过抗蚀剂的受力变形实现其 图形化的技术。因此，纳米压印光刻工艺的分辨率不受光的驻波效应、 抗蚀剂表面光反射、抗蚀剂内部光散射、衬底反射和显影剂等因素的 限制，可以突破传统光刻工艺的分辨力极限。
先进制造技术 目录 Contents
微纳米制造技术基本概念 微纳米制造技术分类 光刻工艺 刻蚀工艺 复型工艺
先进制造技术
微纳米制造技术基本概念
微机电系统技术主要涉及0.1μm到数毫米尺度范围内的传感器、微执行器和微系统 的研究开发，它以单晶硅为基本材料，以光刻并行制造为主要加工特点，采用微电子工 艺设备结合其他特殊工艺设备作为加工手段。纳米尺度一般是指1～100nm，纳米科学 是研究纳米尺度范畴内原子、分子和其他类型物质运动和变化的科学，而在同样尺度范 围内对原子、分子等进行操纵和加工的技术则称为纳米技术，纳米尺度的机电系统则称 作纳机电系统。
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n ③特征尺寸从亚微米至亚百纳米的集成电路芯片和表 面功能结构
n 特征尺寸达亚百纳米或纳米级的材料结构/人工生物系 统/纳米电子器件等。
纳米科技－制造技术与科学发展的新天地
National Science and Technology Council (March, 2008)
Chem. Mater. 2006, 18,3599-3601
微制造和纳米制造的关系
n 纳米科技成果走向宏观世界需要微纳制造技术作为桥梁
n 从实验室－产业化 n 从科学手段－工程技术 n 从艺术品和伟大设想－工业品和国计民生
科学家展示了操作单原子的可行性， 如何形成大规模的材料复合和成形？
纳米结构的器件最终必须 集成为宏观的实体
技术挑战和科学问题
挑战 ：去除加工趋向原子层级
E0.U25Vn光m刻；的反射镜：非球曲面的全频谱精度要求达到0.15－ 1RTab≤以0上.1n磁m盘表面、450mm超薄硅圆片等：表面粗糙度 异质表面（超低k介质与铜互连）的亚纳米平整
ü 材料去除所需要克服的力是晶 体的破坏力、原子的键合力， 还是范德华力？
纳米结构
零维纳米结构量子阱、纳米薄膜 纳米带等
三维纳米结构
纳米结构晶体
Nanotechnology 16, (8), 1326-1334 (2005).
Nanotechnology 18, (23), - (2007).
Nature Materials Published online: 21 May 2006
上万面光学镜 片，制造精度为 几十纳米
靶丸制造问题：
Ø 10多个细小零件，零件的精度及粗糙度 nm级
Ø 靶球：直径 50μm，壳厚度 5μm，上 面刻有纳米栅线；
Ø 需求为5个/秒，大批量制造要求一致性
。
16
各国激烈的竞争
q 美国纳米技术研究计划(NNRP)，从2005年起，3年内 联邦政府对纳米技术给予了约37亿美元的资助；
的技术结合，碳纳米管焊接机要 求纳米级精度控制
q45nm光刻机要求套刻对准精度达3 －5nm q温度、摩擦、空气流动的干扰成为 纳米精度的严重障碍
纳米制造要求装备精度从微米走向纳米
科学问题C： 制造装备的纳米精度创成
q 纳米级精度操纵系统的微扰动与控制
ü 制造环境的微扰动与物理参数之间的映射关系 ü 微扰动在操纵系统作用界面上的动态演化规律 ü 纳米精度运动系统的动力学
2000年美国政府发表纳米技术报告，标题为“面对新 的产业革命”
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纳米制造是纳米科技走向应用的瓶颈
美国2007年展望报告－Semiconductor Int.杂志
纳电机海浪发电原理
Wang ZL*, Science 2007, 316, 102
现有手段 － AFM
如何实现： 科学手段→工程技术 伟大设想→工业品 实验室 → 企业
ü 粒子、能束对近表面原子层 的作用规律
q 纳米精度表面的形成新原理
ü 近零应力平坦化新原理 ü 纳米精度型面的形成机理 ü 异质材料的均匀去除机制
纳米颗粒
被被加加工工表表面面
加加工工后后表表面面
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挑战 ：纳米结构的约束成形
压印、LIGA等工艺是批量化制 造的工艺，但：
纳米压印特征尺寸趋近10nm以 下，复形误差2nm以下；形状从 二维半走向三维，曲率半径小于 5nm 微纳系统中金属、高塑性无机材 料、大粘度有机材料构件的制 造，需要实现微尺度、纳米精度 的模压成形
q 金属材料纳米结构约束成形过程中 的尺度效应
ü 表面粒子占优效应 ü 材料滑移界面的摩擦学效应
opaque substatertmeatpel
1.6
(c)
1.2
0.8
w20 c f 16
0.4 12
0.0
-0.4
8
-0.8 4
-1.2
-1.6
0
01234567
Z/σ
Velocity Density
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纳米制造的技术路线
纳米级材 料去除
纳米结构 成形
制造工艺
纳纳米米制制造造装装备备
关键技术
跨尺度组 装与互连
纳米级定 位与操作
微环境微 量调控
亚纳米级 检测
纳米制造的特征
q 制造对象跨越纳/微/宏尺度、异质对象融合
– 夸尺度互连问题、光/电/机械/生物系统兼容性问题
异质材 料的连接
纳米线与微电子的连接
物理与生物的融合
纳米制造的特征
制造过程中界面效应占主导作用
– 去除法的粒子对表面、亚表面的作用机理
– 成形制造的液体类固化效应
b
b
模具
ph
模具
p h
液态光刻胶
液态光刻胶
纳米制造的特征
q 制造原理的研究涉及原子/分子的动态过程
u 传统制造
力/热作用→晶界滑移
u 纳米制造
量子效应→原子迁移 原子键合力的弱化
三大优先支持领 域：
u Manufacturing for hydrogen fuel cells u Nanomanufacturing, fulfilling the
promise of nanotechnology u Intelligent and Integrated Manufacturing
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多学科交叉特性
工程与材料科学部
材料科学
机械学与制 造科学
高分子 化学
化 学 科 学 部
纳米精度表面制造
纳米制造
计算与 仿真
纳结构约束成形 表面物理化学
纳米制造装备
光学和光 电子学
自动化
科学 信 息 科 学 部
21世纪经济竞争的制高点：
纳米科技的发现，将在信息、光电子、材料、环境、能源、 化学、生物、医学等领域孕育新的产业
碳纳米管场发射显示器
磁介质的nm级离 散岛，可提高存 储密度2个数量级
生化传感器在几个 分子水平上有效工 作
纳米冲击式直线电机穿刺细胞
重大的战略机遇
铁器时代
硅时代
碳时代
mm
μm
蒸气革命：英国 电气、电子革命：美国
国家重大需求－经济竞争的支撑技术
q 战略性产业－2020年我国IC市场将达到29500亿元
ü 核心装备－光刻机工作台定位精度3-5nm，投影透镜加工精度 达到亚纳米
ü 微纳传感器网络制造系统使流程工业高效、优质、低污染
光刻机
非球面投影镜组
微纳传感器网络制造系统
国家重大需求－新能源
q美国NIF点火计划，中国神光计划
纳米科学 纳米制造
纳米科技
纳米材料的设计、 合成、表征；
纳米器件与纳米体 系的构筑与工作原 理；
纳米体系的介观理 论
Top Down
纳米结构 与器件
Botto m Up
纳米制造
Top Down 制造工艺和装备的基
础问题
Bottom Up 制造装备的
基础问题
纳米制造装备的核心问题： ü如何实现稳定的微环境控制？ ü如何保证套刻的纳米精度精 度？
ü 纳米尺度空间中材料体积/边界的流变规律是什么？
ü 如何控制成形过程的流变或相变行为，实现高精度、近零缺陷 的结构成形？
25
科学问题B ：纳米结构的成形规律
q 基于生长动力学的微环境控制
q 纳米结构约束成形中的液固耦合－
液态材料有序萌生、类固化成为纳米压印 质量一致性的障碍
ü 界面物理特性对材料流变特性的影响 ü 材料相变和流变行为的控制
– MOSFET栅极线宽粗糙度和线边沿粗糙度使器件的性
能发生退化或波动
MOSFET栅极 的线 边缘粗 糙度 （ LER）和侧壁粗糙度（SWR）
– 压印模具侧壁粗糙度影响脱模及模具寿命
q 测量面临的挑战
– 结构与器件误差的表征
– 影响黏附力和残余应力的微观形貌特征比微纳器件的 尺度还要小若干数量级
微纳器件的表征需要新标准，测试精度走向PM级
微纳制造的意义
n 近年来迅速崛起的纳米科学技术在信息、光电子、材料、 环境、能源、化学、生物、医学、军事等方面预示了光辉 的应用前景，已成为举世关注的科技前沿之一
n 纳米科学的研究成果揭示了纳尺度下操作物理对象的可能 性和途径，预示了众多特异性能的系统和产品
n 碳纳米晶体管电子系统 n 单分子、单电子器件 n 量子效应器件 n 量子点激光器及其阵列系统 n 复合式微纳光、机、电系统 n 超高密度固态或生物态信息系统 n ……
q 纳米精度制造装备的设计理论
ü 纳米精度运动副设计原理 ü 高精度对准、定位的新结构原理 ü 高分辨率驱动器的新原理、新结构
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挑战 －器件制造的一致性需求
微纳器件随尺度的减少，相对偏差激增
– IC线宽30nm，偏差5nm。其相对误差大，造 成器件性能分散度激增
q 纳米粗糙度的影响
– 波导侧壁粗糙度将影响光波导损耗
q 英、法、德等各国每年对纳米技术的研究投入约5－10 亿欧元（德国的BMBF，法国Nanostructured Materials，NOI(Individual Nano-Object) ，RMNT French Network in Micro/Nanotechnologies 等三大计 划）
q日本政府基础科学与技术计划(Basic Science and Technology Plan)的纳米科技经费达746亿日元/年
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n 纳米科技走向应用的瓶颈：
ü 怎样将纳米结构和器件集成到多尺度产品中? ü 如何提高制造产品的一致性和制造质量的稳定性?