【摘 要】
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微纳加工技术的发展,重构了人类对于世界的认知,改变了人类的生活方式。目前微纳加工技术比较突出的应用当属于光刻技术和电子束曝光技术。根据芯片加工的需求,光刻技术不断往纳米量级发展,其精度和技术复杂度要求极高。但是,随着各类纳米器件加工需求的增加,更加易用和更容易获取的微纳加工技术的发掘和使用尤为必要,例如纳米压印技术、模板光刻技术和水基冰刻技术等。因此,受原位固态纳米孔加工技术的启发,本文开发了一套
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微纳加工技术的发展,重构了人类对于世界的认知,改变了人类的生活方式。目前微纳加工技术比较突出的应用当属于光刻技术和电子束曝光技术。根据芯片加工的需求,光刻技术不断往纳米量级发展,其精度和技术复杂度要求极高。但是,随着各类纳米器件加工需求的增加,更加易用和更容易获取的微纳加工技术的发掘和使用尤为必要,例如纳米压印技术、模板光刻技术和水基冰刻技术等。因此,受原位固态纳米孔加工技术的启发,本文开发了一套基于介电作用的液体微纳加工的技术,利用纳米移液器作为加工的探针,通过三维电动位移台控制纳米移液器进行纳米孔加工和PMMA小电压改性。本文首先介绍了液体微纳加工系统、探针制备和芯片基底制备。该部分开展了在加工芯片硅基底上制备光刻标尺工艺的研究,作为后续原子力显微镜的定位依据,便于器件制备和加工效果的表征。掌握了硅基材料的光刻工艺,依次通过匀胶、曝光、显影、刻蚀等步骤,在芯片硅基底上制备出蚀刻深度为230 nm(台阶仪测得)的标尺。研究了纳米移液器激光拉制的工艺,制备出了尖端孔径为1~2μm的纳米移液器,并结合课题组构建的三维纳米驱动平台和电源系统,与拉制的纳米移液器一起构建出了用于纳米孔加工和小电压改性液体微纳加工系统。其次,本文基于介电击穿的方法,快速制备了PMMA薄膜纳米孔。该部分系统性的研究了PMMA薄膜的制备技术,探讨了影响薄膜厚度的关键参数。通过纳米移液器在PMMA薄膜上产生局部高电场,该电场可用于纳米孔阵列的快速制备。经过研究分析发现所制备纳米孔的直径与施加的电压和电流均成正比,其中电流对制孔的过程影响更大。电压主要决定击穿的时间,而电流则会使功率增加,导致产生更多的热击穿的过程。根据IV曲线,得出纳米孔是锥形孔(上大下小)的结论。利用原子力显微镜对纳米孔上半部分的形貌进行表征,通过公式计算底部的孔径最小为0.3 nm,因此证明该方法可以在PMMA膜上制造亚2 nm纳米孔的。最后,基于PMMA薄膜小电压改性的原理,研究了弱电场对PMMA薄膜的光刻作用,探索该液体微纳加工系统用于光刻的可行性。该部分工作是介电击穿法制备纳米孔的延伸,讨论不同电压作用下的介电击穿效应,通过与电子束曝光原理对比分析,原位IV扫描检测薄膜电学性质的变化,验证了小电压改性的可行性。论文的研究既学习了传统光刻工艺制备硅基底的工艺,又基于介电作用研究了PMMA薄膜纳米孔制备和PMMA薄膜电压改性的工作,探索了新型微纳加工技术的可行性,对后续研究学习、工作积累了丰富的经验。
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