2014-21-纳米加工技术选编.ppt

硅基底上生长的Si纳米线： 先蒸镀一层40nm的Ni, 然后生长Si纳米线 (2)纳米棒、纳米丝和纳米线 同轴纳米电缆是指芯部为半导体或导体的纳米丝，外包敷异质纳米壳体(导体或非导体)，外部的壳体和芯部丝是共轴的。 1997年，法国科学家柯里克斯(Colliex)等在分析电弧放电获得的产物中，发现了三明治几何结构的C-BN-C管，由于它的几何结构类似于同轴电缆，直径又为纳米级，所以称其为同轴纳米电缆(coaxial nanocable)。 1998年8月，日本NEC公司张跃刚(Y.Zhang)等用激光烧蚀法合成了直径为几十nm、长度达50μm的同轴纳米电缆。 (3)同轴纳米电缆 纳米级测量技术包括：纳米级精度的尺寸和位移的测量，纳米级表面形貌的测量。 在纳米级测量技术中，主要有光干涉测量技术及扫描显微测量技术两个发展方向。 纳米级测量技术 光干涉测量技术是利用光的干涉条纹以提高测量分辨率。 纳米级测量使用波长很短的激光或X射线进行测量，可以有很高的测量分辨率。 光干涉测量技术可用于长度和位移的精确测量，也可用于表面显微形貌的测量。 用这种原理的测量方法主要有：双频激光干涉测量，激光外差干涉测量，超短波长(如X射线等)干涉测量，基于F-P标准具的测量技术等。 1.光干涉测量技术 扫描显微测量技术主要用于测量表面的微观形貌和尺寸。 它的原理是用极尖的探针(或类似的方法)对被测表面进行扫描(探针和被测表面实际并不接触)，借助纳米级的三维位移定位控制系统测出该表面的三维微观立体形貌。 用这原理的测量方法有：扫描隧道显微镜(STM)，原子显微镜(AFM)，磁力显微镜(MFM)，激光力显微镜(LFM)，热敏显微镜(TSM)，光子扫描隧道显微镜(PSTM)，扫描近场声显微镜，扫描离子导电显微镜等。 2.扫描显微测量技术 X射线干涉显微测量技术是近年新发展的纳米测量技术，是一种测量范围大，易实现的纳米级测量方法。 均一的单晶硅尺寸稳定，其晶格常数可以用作长度基准。 将三块单晶硅片平行放置，X射线入射第一块硅片后产生衍射，其光束分为两路，经第二块硅片再次衍射，再与被测物联结一体的第三块硅片上光束汇合，产生干涉形成干涉条纹。被测物位移一个Si晶格间距O.2nm，干涉信号变化一个周期，由干涉条纹数和相位，可以实现0.005nm分辨率的位移测量。 X射线干涉测量技术 扫描隧道显微镜(Scanning Tunneling Microscope，简称STM)是1981年由两位在IBM瑞士苏黎士实验室工作的G.Binnig和H.Rohrer所发明。 它可用于观察测量物体表面?级的表面形貌，也就是它能观察测量物质表面单个原子和分子的排列状态以及电子在表面的行为，为表面物理、表面化学、生命科学和新材料研究提供一种全新的研究方法。 扫描隧道显微测量技术 两种测量模式：等高测量模式和恒电流测量模式。 这种测量模式很少使用 STM大都采用这种测量模式，纵向测量分辨率最高可以到0.01nm。 STM的工作原理、方法及系统组成 STM由下面几部分组成： a)探针和控制隧道电流恒定的自动反馈控制系统； b)纳米级三维位移定位系统，以控制探针的自动升降和形成扫描运动； c)信号采集和数据处理系统，这部分主要是计算机软件工作。 STM的工作原理、方法及系统组成 放大倍数大，铂晶体表面吸附碘原子的情况，可看到有一处缺了一个原子 放大倍数较低时测得的某种磁性材料的表面形貌图 STM的工作原理、方法及系统组成 纳米级加工技术 1 纳米级加工的物理实质 2 纳米级加工精度 3 原子级加工技术 纳米级加工的物理实质： 纳米级加工中试件表面的一个个原子或分子成为直接的加工对象，因此纳米级加工的物理实质就是要切断原子间的结合，实现原子或分子的去除。 由于原子间的距离为0.1～0.3nm，实际上纳米级加工已达到了加工精度的极限。 在纳米级加工中需要切断原子间结合，需要很大的能量密度，约为105～106J/cm3。 纳米级加工技术 1)较大尺寸的绝对精度很难达到纳米级 2)较大尺寸的相对精度或重复精度达到纳米级 3)微小尺寸加工达到纳米级精度 纳米级加工精度 1.纳米级尺寸精度 如精密轴和孔的圆度和圆柱度； 精密球(如陀螺球、计量用标准球)的圆度； 制造集成电路用的单晶硅基片的平面度； 光学、激光、X射线的透镜和反射