关键词： 飞秒激光   矢量光场   径向偏振转换器   空间光调制器   微纳加工  

摘要： 目前,飞秒激光微纳加工技术因其脉冲极短,瞬时功率极高,与材料作用区域热效应小的特点在工业生产和科学研究中得到广泛应用。但是由于飞秒激光微纳加工过程中常用的线偏振光场受到光学衍射极限的限制,在许多应用领域制约了飞秒激光微纳加工的精度和加工效率。因此,为了研究实现飞秒激光超分辨、高效率、高可靠性的加工,本文在飞秒激光微纳加工技术的理论基础上结合矢量光场,利用空间光调制技术开展了对飞秒激光矢量光场微纳加工技术的理论与实验研究。首先具体分析并讨论了飞秒激光微纳加工的特性、机理、应用,概述了矢量光场产生的方法以及利用径向偏振转换器产生径向偏振矢量光场的原理,进一步讨论了空间光调制器实现光场调控的原理并结合空间光调制器设计了一种正弦型三元混合滤波器,对矢量光场的特性进行了优化,产生了超分辨的光针阵列;最后,搭建了飞秒激光矢量光场微纳加工系统实验平台,在此基础上利用超分辨的纵向偏振光针以及光针阵列对氧化石墨烯薄膜和石英玻璃进行了微孔加工,分析了飞秒矢量光场微纳加工的性能,主要研究工作如下:(1)提出了一种飞秒激光结合矢量光场的飞秒激光矢量光场微纳加工技术,理论分析了飞秒激光加工的特性、机理、应用,概述了矢量光场产生的方法以及利用径向偏振产生纵向偏振光针的原理,对比分析了线偏振光和矢量光场的紧聚焦特性;(2)基于径向偏振转换器搭建了产生径向偏振矢量光场的光路,研究了空间光调制器实现光场调控的原理并结合空间光调制器设计了正弦型三元混合滤波器,利用粒子群优化算法对滤波器进行优化,产生了超分辨的光针阵列。在此基础上搭建了产生纵向偏振矢量光场的实验光路系统,对系统中的主要器件做了深入分析,在驱动软件平台上实现了对矢量光场的调控;(3)在矢量光场实验光路搭建完备的前提下,设计并搭建了飞秒激光微纳加工系统的实验平台,完善了飞秒激光矢量光场微纳加工系统的实验光路,并利用获得的超分辨纵向偏振光针以及光针阵列对氧化石墨烯薄膜进行了微孔加工的实验,详细分析了飞秒激光矢量光场微纳加工的空间分辨率,加工效率以及影响因素。

关键词： 电子束光刻   微纳加工   纳米电子器件  

摘要： 对电子束光刻系统的原理以及在微纳加工领域的应用进行了讨论。首先对光刻系统的工作原理进行了阐述。然后讨论了电子束光刻的关键工艺,如光胶的选择、剥离工艺的优化以及邻近效应对图形的影响及修正方法。由于电子束光刻在科研领域展现了巨大的潜力,因此吸引了许多学者的注意。最后,举例介绍了电子束光刻在生物医学和硅光电子上的应用。

关键词： 激光光学   三维微纳加工   时空聚焦技术   加工分辨率   脉冲前沿倾斜   光强平面倾斜   非互逆直写   非线性光电离  

摘要： 介绍飞秒激光时空聚焦技术的基本原理,回顾了该技术在改善飞秒激光加工的分辨率、抑制加工过程中的非线性效应以及提高材料加工质量等方面的应用。重点讨论了脉冲前沿倾斜(PFT)、光强平面倾斜等时空聚焦飞秒激光脉冲的独特光场特性及其对材料加工产生的影响。介绍了时空聚焦技术在强场物理领域中的应用,并对该技术的适用范围进行了讨论。最后对该技术的特点和应用进行总结,并指明了未来的研究方向。

关键词： 硅   微纳结构   探针   回音壁微盘腔   红外微透镜阵列  

摘要： 微纳米材料表现出许多传统材料所不具备的新特性,随着科学技术的不断进步,纳米技术已然成为了最热门的研究领域之一。集成度的提高依赖于微纳米器件的尺寸的进一步缩小,微纳米加工技术的提高是器件尺寸缩小的基础。微纳米加工技术主要可以归为三类:平面工艺、探针工艺以及模型工艺。平面工艺是指利用光刻将图形转移到光刻胶并采用刻蚀或者沉积技术等将图形转移到基片表面形成结构复杂的微纳米器件,主要工艺包括光刻、刻蚀、薄膜沉积等。探针工艺是不仅可以指采用传统探针（扫描电镜探针、原子力显微镜探针）在基片表面加工出微纳米结构,还包括采用聚焦离子束、激光束等在基片表面剥离形成微纳结构。模型工艺是指使用微纳米量级的模具复制出相应的纳米结构,例如纳米压印。本论文围绕着平面工艺,探究了 KOH腐蚀形成硅探针针尖过程并采用湿法腐蚀工艺制备Si02微盘腔,使用光刻和感应耦合等离子体（ICP）刻蚀制备八台阶红外焦平面微透镜阵列,主要内容和成果如下:1.研究了 KOH溶液对硅的各向异性腐蚀形成凸台面和针尖的物理过程,通过俯视SEM和断面SEM推断出针尖的形成过程。测量得到了腐蚀晶面与（001）面形成的八边形内角和晶面的倾角,经过与理论值比较,表明实验中腐蚀的晶面是{311}晶面族。在本论文实验条件下,测量计算出{311}面的腐蚀速率约为0.6μm/min。进一步腐蚀得到由{311}晶面族形成的硅针尖,纵横比约为1.7:1,硅针尖曲率半径约为50 nm。本研究确定了腐蚀晶面为{311}晶面族,并澄清了一些文献中的错误结果。2.研究了 KOH腐蚀制备Si02微盘腔工艺,采用SEM表征微盘腔的形貌特性,微盘腔边缘呈楔形,有利于Q值的提高。通过光纤锥与微盘腔耦合进行测试,得到了微盘腔的透射谱,计算得到了微盘腔的Q值约为1×104,自由频谱范围（FSR）为9.6 nm。利用AFM表征微盘腔上表面,所得RMS仅为0.469 nm。3.研制了硅八台阶微透镜阵列,其制作难点在于套刻和ICP,通过采用对版标记差异化设计及选择性去除对版标记上的光刻胶提高了光刻的套刻精度。并优化了 ICP刻蚀条件与时间,减小了 ICP刻蚀出的台阶的高度误差。在微透镜的背面减薄抛光把硅片的厚度减到100 μm,并采用双面光刻在背面制作圆孔金属铝光阑,通过自制的简易测试系统测量到微透镜的衍射效率约为86%。

关键词： 微纳加工技术   移动X光光刻工艺   显影条件   微针阵列   压电微泵  

摘要： 以多材料微纳加工技术为基础,对三维复杂结构的制备技术展开研究。重点研究了基于移动X光刻技术的微针阵列的制备,以及利用多种微纳加工技术制备可用于微流控系统的膜片式多材料压电微泵。利用移动X光刻工艺制备不同结构的微针阵列。通过两次90°交叉的移动X光刻工艺,在聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)基板上制备出实心微针阵列;利用对准X光曝光工艺将实心微针阵列制成空心微针阵列。利用聚二甲基硅氧烷(PDMS)转模工艺,可实现复杂三维结构微针的批量转写,进一步降低微针的制备成本。针对显影条件对PMMA移动X光刻加工的重要性,本文从曝光剂量、显影温度、显影时间等PMMA加工影响因素入手,研究了显影条件对加工深度、表面粗糙度的影响,为基于移动X光光刻工艺的微结构加工提供了重要的参考依据。最后,利用微纳加工技术中的光刻工艺、刻蚀工艺、键合工艺、减薄工艺和准分子激光加工工艺等,设计并制备了锆钛酸铅-硅(PZT-Si)多材料的膜片式压电微泵。该微泵结构简单,可实现控制微米量级的液体驱动。所涉及的制备技术对其它相关器件的研制也有着重要的参考价值。

关键词： 微纳加工   卷对卷   紫外固化   超疏水   纳米压印  

摘要： 作为材料领域的研究热点,超疏水材料具有优良的自清洁效应,能有效减少表面各类尘埃、冰雪、颗粒物的粘附,对节水、节能、延长材料使用寿命均有着巨大的现实意义,在建筑、交通、能源、医疗、服装等行业具有广泛的应用前景。为了实现大面积、批量化制备超疏水表面材料,本文开发了一种新型的卷对卷紫外微纳压印技术并研制了相应装置。通过卷对卷微纳压印及快速光固化紫外固化肢将母版上的精细微米图形转移到目标柔性衬底上,无需复杂的制备工艺或苛刻的洁净加工环境,实现超疏水薄膜的快速、高效、批量化制备。文章着重讨论了应用于制备超疏水薄膜的卷对卷紫外微纳压印工艺过程及对应各工艺而设计的机械功能模块,并试制了适合紫外微纳压印的光固化胶。经工艺改进,选用光学性能、力学性能改进的紫外固化胶,转印复制了30μm*30μm*60μm(直径*柱高*间距)大小的微结构阵列,所得微结构薄膜经氟化处理后的水接触角接近150°。最后,尝试使用该装置制备类T型微纳结构阵列以获得疏水性更佳的表面材料。此外,压印模板与转印胶层的脱模过程是卷对卷微纳压印能否成功的关键,论文对脱模条件进行了理论分析。

关键词： 微纳加工技术   优势   电子器件领域   应用  

摘要： 微纳加工技术在集成电路技术的应用中占据着重要的地位,为了满足相关工业领域的要求,需要寻找出新透镜、短光源、高精度的加工技术,而微纳加工技术就是其中的首选。本文主要针对微纳加工技术在微纳电子器件领域的应用进行分析。

关键词： 微纳加工技术   激光   高新技术产业群   大规模集成电路   制造过程   苏州   中国   航空发动机  

摘要： 激光微纳加工是通过激光与材料相互作用，改变材料的物态和性质，实现微米至纳米尺度或跨尺度的控形与控性。由于激光微纳制造在能量密度、作用的空间和时间尺度、制造体吸收能量的可控尺度都可分别趋于极端，而使制造过程所利用的物理效应、作用机理完全不同于传统制造，其制造复杂结构的能力与品质远高于传统制造，由此产生了一批新技术（如光刻、近场纳米制造、干涉诱导加工、微焊接等）、一批新产品（如大规模集成电路、MEMS／NEMS等）、一批产品的高性能化（如航空发动机、燃气轮机、太阳能电池等）和相应的高新技术产业群。

关键词： 微机电系统   航空恶劣环境   传感器和执行器   微纳加工技术   碳化硅   氮化铝   聚合物前驱体陶瓷  

摘要： 随着对航空飞行器智能控制的迫切需求,硅基微机电系统MEMS(Micro-electromechanical Systems)传感器和执行器难以满足飞行器恶劣的运行环境,因而以碳化硅、氮化铝等为代表的多种MEMS特种材料被不断研究和使用。概述这些特种材料的机电特性有利于缩小特种传感器研发的材料选择范围;而针对兼具机械和电学两方面应用的碳化硅、氮化铝和聚合物前驱体陶瓷开展微纳加工技术的综述,有利于全面了解这3种材料的成型成性关键工艺,进而揭示从航空特种材料到MEMS器件的加工技术发展规律,为普遍使用电信号的航空特种传感器的研发提供加工手段借鉴。

关键词： 激光加工  

ISBN: (纸本)9787030494535

摘要： 本书重点介绍超快激光微纳加工的背景与原理，超快激光的特性与技术发展现状，超快激光脉冲时空整形，超快激光对材料的表面处理，基于双光子聚合的飞秒激光三维直写等。