在過去的二十年中,微機電系統(tǒng)、微系統(tǒng)、微機械及其子領(lǐng)域,微流體學片上實驗室,光學MEMS、RFMEMS、PowerMEMS、BioMEMS及其擴展到納米級(例如,用于納米機電系統(tǒng)的NEMS)已經(jīng)重新使用,調(diào)整或擴展了微制造方法。平板顯示器和太陽能電池也正在使用類似的技術(shù)。各種設(shè)備的小型化在科學與工程的許多領(lǐng)域提出了挑戰(zhàn):物理、化學、材料科學、計算機科學、超精密工程、制造工藝和設(shè)備設(shè)計。它也引起了各種各樣的跨學科研究。微納加工的主要概念和原理是微光刻、摻雜、薄膜、蝕刻、粘接和拋光。微納加工包括光刻、磁控濺射、電子束蒸鍍、濕法腐蝕、干法腐蝕、表面形貌測量等。鄂州微納加工器件封裝
作為前沿加工技術(shù),飛秒激光加工具有熱影響區(qū)小、與材料相互作用呈非線性過程、超出衍射極限的高分辨率加工等特點,可以實現(xiàn)對各種材料的高質(zhì)量、高精度微納米加工和三維微納結(jié)構(gòu)制造。飛秒激光對材料的加工方式靈活多樣,既可實現(xiàn)增材、減材和等材制造,又能夠以激光直寫和激光并行加工的方式制備微納結(jié)構(gòu)。其中,飛秒激光直寫通常用于復雜、不規(guī)則的微納結(jié)構(gòu)加工,具有較高的空間分辨率、加工靈活性和自由度,然而鑒于其逐點加工的技術(shù)特點,加工效率較低;飛秒激光并行加工包括基于數(shù)字微鏡器件的光刻技術(shù)、空間光調(diào)制器和激光干涉加工等方法,具有較高的加工效率,但無法加工任意三維微結(jié)構(gòu)。飛秒激光加工方式各有優(yōu)缺點,可以根據(jù)應用中的實際需求來選擇合適的加工技術(shù)。茂名量子微納加工新一代微納制造系統(tǒng)應滿足的要求:能生產(chǎn)多種多樣高度復雜的微納產(chǎn)品!
濺射鍍膜有兩種方式:一種稱為離子束濺射,指真空狀態(tài)下用離子束轟擊靶表面,使濺射出的粒子在基體表面成膜,該工藝較為昂貴,主要用于制取特殊的薄膜;另一種稱為陰極濺射,主要利用低壓氣體放電現(xiàn)象,使處于等離子狀態(tài)下的離子轟擊靶面,濺射出的粒子沉積在基體上。它采用平行板電極結(jié)構(gòu),膜料物質(zhì)做成的大面積靶為陰極,支持基體的基板為陽極,安裝于鐘罩式真空容器內(nèi)。為減少污染,先將鐘罩內(nèi)的壓強抽到小于10-3~10-4Pa,然后充入Ar氣,使壓強維持在1~10Pa。在兩極之間加數(shù)千伏的電壓進行濺射鍍膜。與蒸發(fā)鍍膜相比,濺射鍍膜時靶材(膜料)無相變,化合物成分穩(wěn)定,合金不易分餾,因此適合制備的膜材非常廣。由于濺射沉積到襯底上的粒子能量比蒸發(fā)時的能量高50倍,它們對襯底有清洗和升溫作用,所以形成的薄膜附著力大。特別是濺射鍍膜容易控制膜的成分,通過直接濺射或者反應濺射,可以制備大面積均勻的各種合金膜、化合物膜、多層膜和復合膜。濺射鍍膜易實現(xiàn)連續(xù)化、自動化作業(yè)和規(guī)模化生產(chǎn)。但是,由于濺射時要使用高電壓和氣體,所以裝置比較復雜,薄膜易受濺射氣氛的影響,薄膜沉積速率也較低。此外,濺射鍍膜需要事先制備各種成分的靶,裝卸靶不太方便。
微納加工可以滿足高精度三維結(jié)構(gòu)制備、多材料微納結(jié)構(gòu)加工以及器件成型與集成的加工需求,因此,在各類微納結(jié)構(gòu)化功能部件的研制中展現(xiàn)出了很大的技術(shù)優(yōu)勢。目前,飛秒激光已經(jīng)廣泛應用于多個前沿科學領(lǐng)域。利用飛秒激光可以制備各種微光學器件,如微透鏡陣列、仿生復眼、光波導和超表面等。吉林大學研究團隊利用雙光子聚合技術(shù)制備了一種基于仿生蛋白質(zhì)的微透鏡,該透鏡在外界刺激下可動態(tài)調(diào)節(jié)焦距,同時具有獨特的伸縮性、良好的生物相容性和生物可降解性;進一步該團隊利用激光加工技術(shù)制備了可變焦的仿生復眼,實現(xiàn)了大視場變焦成像的功能,如圖1所示。利用其高精度、高分辨率和三維加工能力,飛秒激光加工技術(shù)成為制備三維微流控芯片的強大工具。高精度的微細結(jié)構(gòu)可以通過電子束直寫或激光直寫制作!
在微電子與光電子集成中,薄膜的形成方法主要有兩大類,及沉積和外延生長。沉積技術(shù)分為物理沉積、化學沉積和混合方法沉積。蒸發(fā)沉積(熱蒸發(fā)、電子束蒸發(fā))和濺射沉積是典型的物理方法;化學氣相沉積是典型的化學方法;等離子體增強化學氣相沉積是物理與化學方法相結(jié)合的混合方法。薄膜沉積過程,通常生成的是非晶膜和多晶膜,沉積部位和晶態(tài)結(jié)構(gòu)都是隨機的,而沒有固定的晶態(tài)結(jié)構(gòu)。外延生長實質(zhì)上是材料科學的薄膜加工方法,其含義是:在一個單晶的襯底上,定向地生長出與基底晶態(tài)結(jié)構(gòu)相同或相似的晶態(tài)薄層。其他薄膜成膜方法,如電化學沉積、脈沖激光沉積法、溶膠凝膠法、自組裝法等,也都廣用于微納制作工藝中。在微納加工過程中,蒸發(fā)沉積和濺射沉積是典型的物理方法,主要用于沉積金屬單質(zhì)薄膜、合金薄膜、化合物等!雅安MENS微納加工
未來幾年微納制造系統(tǒng)和平臺的發(fā)展前景包括的方面:智能的、可升級的和適應性強的微納制造系統(tǒng)。鄂州微納加工器件封裝
微納加工:干法刻蝕VS濕法刻蝕!刻蝕工藝:用化學或物理方法有選擇性地從某一材料表面去除不需要那部分的過程,獲得目標圖形。在半導體制造中有兩種基本的刻蝕工藝:干法刻蝕和濕法刻蝕。干法刻蝕的刻蝕劑是等離子體,是利用等離子體和表面薄膜反應,形成揮發(fā)性物質(zhì),或直接轟擊薄膜表面使之被刻蝕的工藝。特點:能實現(xiàn)各向異性刻蝕,從而保證細小圖形轉(zhuǎn)移后的保真性。缺點:造價高。濕法刻蝕是通過化學刻蝕液和被刻蝕物質(zhì)之間的化學反應將被刻蝕物質(zhì)剝離下來的方法。大多數(shù)濕法刻蝕是不容易控制的各向同性刻蝕。特點:適應性強,表面均勻性好、對硅片損傷少,幾乎適用于所有的金屬、玻璃、塑料等材料。缺點:圖形刻蝕保真想過不理想,刻蝕圖形的小線難以掌控。 鄂州微納加工器件封裝
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