新型納米加工技術(shù)的研究

朱團(tuán)++王英++刑艷++劉立紅++郭雙林

摘 要：新型納米加工技術(shù)是近幾年迅速發(fā)展并取得突破性進(jìn)展的一種納米制造技術(shù)，利用無(wú)機(jī)納米材料及無(wú)機(jī)—有機(jī)納米復(fù)合圖形材料制備納米圖形化掩模，結(jié)合納米刻蝕技術(shù)實(shí)現(xiàn)小于30 nm的圖形結(jié)構(gòu)制備?？朔藗鹘y(tǒng)光刻技術(shù)對(duì)尺寸的限制和電子束光刻等在設(shè)備和生產(chǎn)速度上的限制，為從宏觀(guān)到微觀(guān)納米圖形制作開(kāi)辟了新途徑。通過(guò)新型納米加工技術(shù)的研究，克服了傳統(tǒng)光刻技術(shù)對(duì)尺寸的限制和電子束光刻等在設(shè)備和生產(chǎn)速度上的限制，為從宏觀(guān)到微觀(guān)納米圖形制作開(kāi)辟了新途徑。

關(guān)鍵詞：納米材料 自組裝 納米加工技術(shù) 研究

中圖分類(lèi)號(hào)：TB383 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）11（a）-0007-01

納米加工技術(shù)作為引起一場(chǎng)新的產(chǎn)業(yè)革命的科學(xué)技術(shù)，備受世人矚目。隨著科技的發(fā)展，對(duì)電子器件小型化的要求越來(lái)越強(qiáng)烈，各種器件逐漸由微米向納米尺度發(fā)展。特別是對(duì)納米器件、光學(xué)器件、高靈敏度傳感器、高密度存儲(chǔ)器件以及生物芯片制造等方面的納米化要求越來(lái)越強(qiáng)烈，如何縮小圖形尺寸、提高器件的納米化程度已經(jīng)成為各國(guó)科學(xué)家們?cè)絹?lái)越關(guān)心的問(wèn)題。然而由于傳統(tǒng)刻蝕技術(shù)的限制使得器件納米化的發(fā)展成為當(dāng)今電子器件小型化發(fā)展的重要制約因素之一。通過(guò)新型納米加工技術(shù)的研究，克服了傳統(tǒng)光刻技術(shù)對(duì)尺寸的限制和電子束光刻等在設(shè)備和生產(chǎn)速度上的限制，為從宏觀(guān)到微觀(guān)納米圖形制作開(kāi)辟了新途徑。

1 新型納米加工技術(shù)的基本原理

納米加工技術(shù)是為了適應(yīng)微電子及納米電子技術(shù)、微機(jī)械電子系統(tǒng)的發(fā)展而迅速發(fā)展起來(lái)的一門(mén)加工技術(shù)。目前，探索新的納米加工方法和手段已成為納米技術(shù)領(lǐng)域中的熱點(diǎn)。隨著納米加工技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)已出現(xiàn)了多種納米加工技術(shù)，新型納米加工技術(shù)利用無(wú)機(jī)納米材料及無(wú)機(jī)—有機(jī)納米復(fù)合圖形材料制備納米圖形化掩模，結(jié)合納米刻蝕技術(shù)實(shí)現(xiàn)小于30 nm的圖形結(jié)構(gòu)制備。隨著納米結(jié)構(gòu)圖形尺寸小于100 nm后，不僅縮小了器件的尺寸，而且由于納米尺寸效應(yīng)的影響，納米器件被賦予了許多新的特性：計(jì)算速度更快、存儲(chǔ)密度更高、能耗大大減少等。納米技術(shù)的發(fā)展也會(huì)對(duì)生命技術(shù)、環(huán)境、能源等很多方面都會(huì)產(chǎn)生重大影響，具有重大而深遠(yuǎn)的意義。

2 新型納米加工技術(shù)的內(nèi)容

根據(jù)納米加工技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用前景，我們重點(diǎn)研究小于30 nm的納米島、納米錐等圖形加工方法，特別是基于無(wú)機(jī)納米材料自組裝掩模的納米圖形排布和轉(zhuǎn)移加工方法。因此，研究?jī)?nèi)容主要包括兩部分，即納米圖形化掩模的制備和新型納米加工方法的研究。

2.1 納米圖形化掩模的制備

納米材料的圖形化研究；納米材料的表面修飾；納米材料在有機(jī)高分子中的均勻分散和圖形化；基底和過(guò)渡層的選擇。

2.2 新型納米加工方法和理論的研究

反應(yīng)離子刻蝕工藝的研究；刻蝕選擇性研究；刻蝕深度以及納米圖形在刻蝕過(guò)程中的穩(wěn)定性的研究；刻蝕機(jī)理的研究。

3 新型納米加工技術(shù)的方法

3.1 納米材料在不同基底材料表面的大面積有序排布與圖形化控制

有效控制納米材料大面積均勻有序排布，實(shí)現(xiàn)多樣化的納米掩模板制作是納米圖形轉(zhuǎn)移工藝的關(guān)鍵步驟之一。近年來(lái)，自組裝排布技術(shù)在納米材料大面積均勻單層排布中具有廣泛的應(yīng)用。因此，采用納米材料的自組裝排布技術(shù)可以解決納米掩模材料在基底表面的大面積均勻排布問(wèn)題。此外，圖形化高分子材料在納米加工技術(shù)中表現(xiàn)出了豐富的圖形變化。因此，利用納米材料的表面修飾，結(jié)合有機(jī)圖形化材料，可望獲得更多排列方式和結(jié)構(gòu)的納米圖形掩模，從而獲得更為豐富的納米圖形結(jié)構(gòu)。

3.2 刻蝕過(guò)程中納米圖形的穩(wěn)定性

保持納米圖形在刻蝕過(guò)程中的穩(wěn)定性是實(shí)現(xiàn)納米圖形轉(zhuǎn)移又一關(guān)鍵問(wèn)題之一。這一問(wèn)題我們從三個(gè)方面進(jìn)行研究。

（1）通過(guò)對(duì)納米材料和基底表面進(jìn)行不同的表面修飾，改善納米材料和基底表面的結(jié)合力。

（2）利用有機(jī)高分子材料的引入，增強(qiáng)納米圖形的穩(wěn)定性。

（3）通過(guò)選擇不同的過(guò)渡層來(lái)改變納米圖形與基底表面的結(jié)合力，從而實(shí)現(xiàn)納米圖形在刻蝕過(guò)程中的穩(wěn)定性。

3.3 納米圖形刻蝕形狀與深寬比的控制

納米圖形刻蝕形狀和深寬比對(duì)納米加工材料在納米器件中的性質(zhì)和應(yīng)用具有決定性的作用。圖形的形狀和深寬比主要取決于納米圖形的穩(wěn)定性、過(guò)渡層的不同以及刻蝕條件等因素。因此，我們將綜合上述因素來(lái)研究圖形的形狀和深寬比的控制，通過(guò)增強(qiáng)納米圖形的穩(wěn)定性、選擇不同的過(guò)渡層以及刻蝕條件來(lái)控制刻蝕的形狀和深寬比，為進(jìn)一步發(fā)展納米刻蝕工藝和制備納米器件奠定基礎(chǔ)。

3.4 不同基底表面納米圖形的分析和表征

硅、氧化硅及太陽(yáng)能電池用絨面由于柔性基底表面通常導(dǎo)電性較差，因此不能利用掃描電鏡進(jìn)行分析，我們采用原子力顯微鏡進(jìn)行測(cè)試分析，從而克服柔性襯底的缺點(diǎn)。

4 新型納米加工技術(shù)的發(fā)展?jié)摿?/p>

納米技術(shù)是21世紀(jì)可能會(huì)取得重要突破的三個(gè)領(lǐng)域之一。通過(guò)新型納米加工技術(shù)的研究，利用無(wú)機(jī)納米材料和無(wú)機(jī)—有機(jī)納米復(fù)合材料的自組裝方法實(shí)現(xiàn)納米圖形化掩模的制備，同時(shí)結(jié)合反應(yīng)離子刻蝕技術(shù)實(shí)現(xiàn)小于30 nm的納米島、納米錐等圖形陣列的大面積制備和轉(zhuǎn)移，并對(duì)納米材料的排布以及刻蝕加工工藝和機(jī)理進(jìn)行研究。探索納米材料圖形化有序排布的最佳條件以及圖形陣列轉(zhuǎn)移的最佳刻蝕工藝，為制備高密度、圖形化納米器件奠定理論和實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。這一研究成果不僅可以廣泛應(yīng)用于高密度磁存儲(chǔ)介質(zhì)、懸浮柵和單電子器件的制備，也為克服光刻限制，實(shí)現(xiàn)先進(jìn)的納米刻蝕技術(shù)提供新的手段。

隨著納米技術(shù)的發(fā)展和電子器件小型化的需求，新型的納米加工方法越來(lái)越多地引起人們的關(guān)注。新型納米加工技術(shù)的應(yīng)用非常廣泛，尤其在一些發(fā)達(dá)國(guó)家，納米加工技術(shù)的開(kāi)發(fā)已經(jīng)得到廣泛的關(guān)注并已有多篇專(zhuān)利和文獻(xiàn)被發(fā)表。如果不發(fā)展納米加工技術(shù)，在未來(lái)的科技競(jìng)爭(zhēng)中就可能陷入被動(dòng)地位。因此開(kāi)展納米加工技術(shù)和方法的研究，不僅可以獲得自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，而且在未來(lái)的科技競(jìng)爭(zhēng)中也可占據(jù)主動(dòng)。此外，納米加工技術(shù)在多個(gè)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用，如生物、醫(yī)藥、機(jī)械、電子等領(lǐng)域。目前世界微納技術(shù)的總營(yíng)業(yè)額將近1000億美元，預(yù)測(cè)未來(lái)每年納米技術(shù)的市場(chǎng)總額將達(dá)15000億美元。

我國(guó)近年來(lái)對(duì)納米加工方面的研究也進(jìn)行了大力的扶持，很多科研單位將納米加工技術(shù)列為重點(diǎn)研究項(xiàng)目，并引進(jìn)了具有0.13和0.09 mm生產(chǎn)技術(shù)能力的大型芯片企業(yè)，為提高我國(guó)的納米加工技術(shù)和芯片制造水平，發(fā)展信息產(chǎn)業(yè)技術(shù)，搶占21世紀(jì)納米科學(xué)技術(shù)的制高點(diǎn)具有不可低估的作用。目前，隨著納米加工技術(shù)逐漸產(chǎn)業(yè)化和日趨成熟，已經(jīng)得到市場(chǎng)廣泛認(rèn)可和接受，其產(chǎn)業(yè)化和市場(chǎng)化的前景是十分可觀(guān)的。

5 結(jié)語(yǔ)

新型納米加工技術(shù)的研究已成為21世紀(jì)科學(xué)技術(shù)進(jìn)步的發(fā)展動(dòng)機(jī)。新型納米加工技術(shù)是多領(lǐng)域、多學(xué)科、多技術(shù)的綜合應(yīng)用，從而實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。因此開(kāi)展納米加工技術(shù)和方法的研究，需要各學(xué)科研究者的共同努力，才能取得更大的發(fā)展。

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