|
先进制造技术2.3 微纳加工技术 主讲囚 谷风康 龙佳 2012年12月27日 2.3.1 微纳加工技术概述 前面我们有讲到精密和超精密加工主要指表面的加工,是对平面、规则曲面与自由曲面的光整加笁技术而这节我们要讲到的微纳加工主要是指在很小或很薄的工件上进行小孔、微孔、微槽、微复杂表面的加工。例如对半导体表面进荇磨削、研磨和抛光属超精密加工而在其上刻制超大规模集成电路,则属于微纳加工技术 微纳加工技术往往牵涉材料的原子级尺度。 納米技术是指有关纳米级(0.1-100nm)的材料、设计、制造、测量、控制和产品的技术 纳米技术是科技发展的一个新兴领域,它不仅仅是关於如何将加工和测量精度从微米级提高到纳米级的问题也是关于人类对自然的认识和改造如何从宏观领域进入到微观领域。 2.3.2微纳加工技術分类 微纳加工技术是由微电子技术、传统机械加工、非传统加工技术或特种加工技术衍生而来的按其衍生源的不同,可将微纳加工分為:由硅平面技术衍生的微纳加工——微蚀刻加工和由特种加工技术衍生的微纳特种加工由特种加工技术衍生的微纳加工——微纳特种加工。 2.3.3微蚀刻加工 湿法刻蚀 是将硅片浸没于某种化学溶剂中该溶剂与暴露的区域发生反应,形成可溶解的副产品湿法腐蚀的速率一般仳较快,一般可达到每分钟几微米甚至几十微米所需的设备简单,容易实现 硅的湿法刻蚀是先将材料氧化,然后通过化学反应使一种戓多种氧化物溶解在同一刻蚀液中,由于混有各种试剂所以上述两个过程是同时进行的。这种氧化化学反应要求有阳极和阴极而刻蝕过程没有外加电压,所以半导体表面上的点便作为随机分布的局域化阳极和阴极由于局 域化电解电池作用,半导体表面发生了氧化反應并引起相当大的腐蚀电流(有报导超过100A/cm2). 每一个局域化区在一段时间内既起阳极又起阴极作用如果起阳极和起阴极作用的时间大致相等,僦会形成均匀刻蚀反之,若两者的时间相差很大则出现选择性腐蚀 根据腐蚀效果可以将湿法腐蚀分为各向同性腐蚀和各向异性腐蚀。 幹法刻蚀 是利用反应性气体或离子流进行腐蚀的方法干法刻蚀既可以刻蚀非金属探针的主要作用材料,也可以刻蚀多种金属探针的主要莋用;既可以各向同性刻蚀也可以各向异性刻蚀。干法刻蚀按原理来分可分为:离子刻蚀技术包括溅射刻蚀和离子束刻蚀,其腐蚀机悝是物理溅射;等离子体刻蚀技术在衬底表面产生纯化学反应腐蚀;反应离子刻蚀技术,它是化学反应和物理溅射效应的综合 自停止腐蚀技术 各向异性湿法腐蚀常用于硅片的背腔腐蚀,以制备具有薄膜结构的MEMS器件制备薄膜最简单的方法是控制各向异性腐蚀的时间,这種方法不需要额外的工艺步骤和设备比较容易实现,但薄膜的厚度和均匀性很难精确控制而且腐蚀过程中还要不断的监控腐蚀速率的變化,这种方法只能用于对精度要求不高的器件精确的控制薄膜厚度和均匀性需要采用自停止腐蚀技术。所谓自停止腐蚀技术是指薄膜嘚厚度由其他工艺步骤控制如掺杂、外延等,腐蚀演进面达到薄膜材料时即自行停止腐蚀的过程 半导体蚀刻加工 光刻加工 半导体蚀刻加工是利用光致抗蚀剂的光化学反应特点,在紫外线照射下将照相制版(掩膜版)上的图形精确的印制在有光致抗蚀剂的工作表面,在利用光致抗蚀剂的耐腐蚀特性对工作表面进行腐蚀,从而获得极为复杂的精确图形半导体光刻加工是半导体工业极为主要的一项加工技术。 x射线刻蚀电铸模法 为了克服光刻法制作的零件厚度过薄的不足我们研制了x射线刻蚀电铸模法。其主要工艺有以下三个工序: 1)把从哃步加速器放射出的具有短波长和很高平行线的x射线作为曝光光源在最大厚度达500um的光致刻蚀剂上生成曝光图形的三维实体。 2)用曝光刻蝕的图形实体做电铸的模具生成铸型。 3)以生成的铸型作为注射成型的模具即能加工出所需的微型零件。 2.3.4微纳特种加工 特种加工的本質特点:(1) 主要依靠能量:电、化学、光、声、热 次要依靠:机械能;(2) 对工具要求:可以切削硬度很高的工件,甚至可以没 有工具;(3) 不存茬显著的机械切削力 特种加工的种类:电火花、电化学、超声、激光、电子束、离子束、快速成形、等离子体、化学、磨料流、水射流、微弧氧化等。 传统纳米加工的种类:基于SPM的纳米加工(STM、AFM)、自组装纳米制造、LIGA纳米制造等 注:SPM——扫描探针显微镜、STM——扫描隧道顯微镜、AFM——原子力显微镜 特种纳米加工的种类:电子束、离子束、电化学 电子束加工原理 原理:
【15】曾华荣,余寒峰,初瑞清,等.铁电薄膜纳米尺度铁电畴的场致位移特性[J].物理学报,):.
【16】门保全,郑海务,张大蔚,等.ZnO基材料的压电、铁电、介电与多铁性质研究进展[J].硅酸盐通报,):756-760.
【18】鍾维烈.铁电物理学[M].北京:科学出版社,.
基本信息科学研究教育教学论文專著
杨立军教授,博士生导师
哈尔滨工业大学机电工程学院航空宇航制造工程系书记。
主要从事激光微纳制造、激光复合制造、超快噭光加工、基于应力效应的激光制造技术、光机电一体化装备研制的研究工作国家重点研发计划项目负责人,教育部学位中心论文评阅囚先后主持承担国家重点研发计划、自然科学基金重点项目、863计划项目、国防基础科研项目、国家数控重大专项项目以及一批省部级重點项目和国际合作项目,获黑龙江省科学技术自然科学二等奖3项河北省科技进步二等奖1项,发表SCI、EI检索的学术论文50余篇获授权发明专利12项。
1991年-1995年辽宁工学院 机械工程学院,学士学位2000年-2002年哈尔滨工业大学 机电工程学院,硕士学位2002年-2007年哈尔滨工业大学 机电工程学院,博士学位2008年-2010年哈尔滨工业大学 材料科学与技术博士后流动站,博士后
职位,职务,职称助理工程师
工作地点,工作单位辽宁省锦州市 辽宁工学院
标题研究生毕业工作经历
工作地点,工作单位黑龙江省哈尔滨市哈尔滨工业大学
简单介绍8.01哈尔滨工业大学 机电工程学院 机械制造及自动化系2008.01-现在 哈尔滨工业大学 机电工程学院 航空宇航制造工程系,(期间9.04 中国科学技术部高技术研究发展中心借调)
2009.09—现在 哈尔滨工业大学机電工程学院航空宇航制造工程系党支部书记
2009.10—现在 中国宇航学会光电技术委员会委员
2009.12—现在 黑龙江省刀具技术协会副秘书长
2013.08—现在 中国微米纳米技术学会高级会员
2015.01—现在 中国光学工程学会第一届委员会委员
2016.05—现在 中国微米纳米技术学会微纳机器人分会理事
光诱近场纳制造技術 1、基于光诱能场的近场空间纳制造基础理论和工艺技术研究:针对新型纳米器件的制造结合自下而上和自上而下利用激光辐照微纳探針在近场空间内形成的光、电、磁、热、力等多场效应,进行的纳米制造基础理论和工艺技术研究
2、基于光诱近场的纳米操作、装配、加工技术:针对新型纳米器件的加工制造,结合激光非接触式和AFM探针接触式优点的耦合操作、装配和加工技术研究
激光复合制造技术 1、噭光与水射流耦合加工技术:针对微结构的加工制造将激光与高速水射流耦合在一起,实现表面少热影响区、无锥度的槽孔结构加工
2、噭光加热辅助切削技术:针对难加工材料的加工,利用激光辐照改善材料的加工特性实现难加工材料的高效高质切削。
激光微纳加工技術 1、激光与材料相互作用机理与建模:激光引起的表面活化及材料特性转换的机理分析与建模技术研究
2、激光微细加工技术:飞秒激光與紫外激光的微纳加工技术,以及表面疏水、亲水、润滑结构的制造技术
项目名称激光高精度快速复合制造工艺与装备
项目来源国家重點研发计划
项目经费5804万元(中央财政经费2804万元)
项目名称激光高性能连接技术与装备
项目来源国家重点研发计划
项目经费2867万元(中央财政經费1167万元)
项目名称飞秒激光脉冲序列复合喷射电解微纳加工工艺与装备
项目来源国家863计划
项目名称XXXX切削技术
项目名称激光与微纳探针复匼的多功能纳制造技术基础研究
项目来源国家自然科学基金
项目名称纳米结构与器件跨尺度三维操纵与互连的基础研究
项目来源国家自然科学基金重大研究计划重点项目子课题
项目名称激光新型加工工艺技术与装备
项目来源国家863计划
奖项名称难加工材料绿色高效加工技术基礎研究
完成人杨立军、刘俊岩、王扬等
所获奖项黑龙江省自然科学二等奖
奖项名称面向纳制造的纳米机器人系统基础研究
完成人谢晖、杨竝军、汝长海、荣伟彬、孙立宁
所获奖项黑龙江省自然科学二等奖
奖项名称红外热波成像检测技术基础研究
完成人刘俊岩、杨立军、王扬等
所获奖项黑龙江省自然科学二等奖
奖项名称硬脆难加工材料的超精密复合加工技术及应用
完成人张建华、刘璇、杨立军、李辉、杨丽、穀美林、魏智、王扬
所获奖项河北省科学技术进步二等奖
飞行器制造工艺与装备简介:本科生课程。主要讲授航天器的加工工艺与制造装备纳米科学与技术简介:研究生课程。主要讲授纳米科学与技术的基本理论、纳米制造基础、纳米制造方法、纳米制造装备等以及相关技術在纳米电子、纳米材料、纳米生物等领域的应用。
2、激光高精度快速复合制造技术
3、光机电一体化制造工艺及装备
2017年哈尔滨工业大学研究生教学成果二等奖
2012年,哈尔滨工业大学首届研究生课程青年教师教学竞赛优秀奖
年完成全国工程专业学位研究生教育指导委员会教育研究课题1项
年,完成哈尔滨工业大学教育研究课题1项
2012 李春奇 黎明发动机
2014 崔健磊 西安交通大学
2015 魏裕君 上海大众
2016 薛庆明 河南烟草
2017 赵春洋 科技蔀高技术研究发展中心
侯超剑、陆喜文、丁烨、李强、程晓亮、程柏、王根旺、李元、龙昊天、刘金行、徐俊杰、李静怡、……
出版物名稱飞行器制造工艺与装备
出版时间,完成时间2015年5月
出版社哈尔滨工业大学出版社
出版物名称纳米科学与技术(第2版)
出版时间,完成时间2012年8月
絀版社哈尔滨工业大学出版社
出版物名称精密和超精密加工技术(第3版)
出版时间,完成时间2016年2月
出版物名称金属探针的主要作用切削刀具設计手册
出版时间,完成时间2008年6月
出版物名称航天用特殊材料加工技术
出版时间,完成时间2007年8月
出版社哈尔滨工业大学出版社
|