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精密工程与纳米技术 王先逵 清华大学精密仪器与机械学系 制造工程研究所 2001.11 精密加工和超精密加工技术微细加工技术纳米技术与微型机械 精密加工和超精密加工技术  精密加工的发展阶段 精密工程的范畴 精密工程是精密加工和超精密加工技术的总称。 精密加工是指加工精度为1~0.1微米、表面粗糙度为Ra0.1~0.01微米的加工技术。 超精密加工是指加工误差小于0.1微米，表面粗糙度小于Ra0.025微米的加工技术，又称为亚微米加工技术。 超精密加工技术 目前，大多数学者都将超精密加工技术分为两大类： 机械超精密加工技术 非机械超精密加工技术 机械超精密加工技术 金刚石刀具超精密切削 金刚石微粉砂轮超精密磨削 精密研磨和抛光 其它 大型光学金刚石车床（LODTM)美国LLN实验室，加工直径1625mm,长度508mm,重量1360公斤 盒式超精密立式车床 非机械超精密加工技术 主要指微细电火花加工、微细电解加工、微细超声加工、电子束加工、离子束加工、激光束加工等非传统加工的精密化、微型化。 可以很明显地看出，所谓非机械超精密加工技术实际上就是超精密特种加工，这对特种加工而言是一个极好的机遇。 非机械超精密加工技术不仅包含了通常的特种加工技术，而且包含了集成电路制作的一些微细加工技术。 微细加工技术 微细加工技术的概念 微细加工方法机械微细加工方法非机械微细加工方法 能束加工 电铸 光刻和立体光刻成形 半导体微细加工 等等 集成电路制作技术 一块集成电路芯片的主要工艺方法 外延生长 是在半导体晶片表面沿原来的晶体结构晶方向通过气相法（化学气相沉积）生长出一层厚度为10μm以内的单晶层，以提高晶体管的性能，称之为外延生长。外延生长层的厚度及其电阻率由所制作的晶体管性能决定。 氧化 是在外延生长层表面通过热氧化法生 成 氧化膜，该氧化膜与晶片附着紧密，是良好的绝缘体，可作绝缘层防止短路和电容绝缘介质。 光刻 即刻蚀，是在氧化膜上涂覆一层光致抗蚀剂，经图形复印曝光（或图形扫描曝光）、显影、刻蚀等处理后，在基片上形成所需的精细图形，在端面上形成窗口。 选择扩散 基片经外延生长、氧化、光刻后，置于惰性气体或真空中加热，并与合适的杂质（如硼、磷等）接触，则窗口处的外延生长表面将受到杂质扩散，形成1~3μm深的扩散层，其性质和深度取决于杂质种类、气体流量、扩散时间和扩散温度等因素。选择扩散后就可形成半导体的基区（P结）或发射区（N结）。 真空蒸镀 在真空容器中，加热导电性能良好的金、银、铂等金属，使之成为蒸气原子而飞溅到芯片表面，沉积形成一层金属膜，是为真空蒸镀，完成集成电路中的布线和引线准备，再经过光刻，即可得到布线和引线。 微细加工的发展 微细加工的发展出现了超微细加工，它们都以电子束、离子束和激光束三束加工为基础，采用沉积、刻蚀、溅射、蒸镀等加工手段进行各种处理。 目前微细加工向着高深宽比三维工艺方向发展。 纳米技术与微型机械 纳米技术 纳米技术通常是指纳米级0.1nm~100nm的材料、产品设计、加工、检测、控制等一系列技术。 它是科技发展的一个新兴领域，它不是简单的“精度提高”和“尺寸缩小”，而是从物理的宏观领域进入到微观领域，一些宏观的几何学、力学、热力学、电磁学等都不能正常描述纳米级的工程现象与规律。 纳米技术主要包括： 纳米材料 纳米级精度制造技术 纳米级精度和表面质量检测 纳米级微传感器和控制技术 微型机电系统 纳米生物学等 微型机电系统（微型机械） 微型机电系统 微 型 电 机 微型阀 微型泵 微型电机 微型飞机 微型燃气涡轮发动机 微推进器 微型机电系统的发展前沿 微型机械学研究 微型结构加工技术（高深宽比多层微结构的表面加工和体加工技术） 微装配微键合微封装技术 微测试技术 典型微器件、微机械的设计制造技术等。 谢 谢 ！ Evaluation only. Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0. Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd. Evaluation only. Creat