关键词： 微纳米加工   检测   超精密加工装备   快速抛光   加工监控   表面织构化  

摘要： 超精密金刚石砂轮磨削是大口径先进光学元件微纳加工的主要技术,是实现确定性批量加工的重要保证.以实现高精度、高效率、高自动化程度加工为目的,阐述了大口径光学元件微纳加工与检测的加工技术系统,详细分析高精度加工设备及工艺控制、大尺寸检测、加工环境监控、快速抛光、表面织构化等研究应用情况.

关键词： 飞秒激光   并行加工   光存储   空间光调制器   全息图   硅基液晶   数字微镜器件   微透镜阵列  

摘要： 飞秒激光双光子微纳加工具有真三维加工能力和亚微米分辨率等技术特点，在微机电系统(MEMS)领域受到越来越广泛的重视。然而，随着MEMS技术的飞速发展，传统的飞秒激光串行加工方式因其效率低、灵活性差、实时控制性弱等缺点，无法满足现代MEMS批量加工的要求。因此，如何设计出高效、灵活、可控的飞秒激光并行微纳加工技术已成亟待解决的问题。本论文在现有飞秒激光微纳加工系统的基础上提出了新的并行加工方法并搭建了相应的光路；同时设计了一套飞秒激光并行存储光学系统，并进行了仿真研究。\n 本文的主要研究内容如下：\n 首先，配合现有的微纳加工设备，提出一种新的加工扫描策略，据此开发了一套新型加工软件，可以实现三维实体造型、扫描路径生成以及加工控制等一系列功能。\n 其次，在现有串行加工光路基础上，利用硅基液晶(LCOS)器件作为空间光调制器提出了两种实现双光子并行加工方法：一是基于傅里叶全息图的并行加工方法；另外一个是基于菲涅尔衍射的并行加工方法。并分别对两种光路进行了理论分析和实验搭建，给出了初步的实验结果。\n 最后，设计了一种基于数字微镜器件和微透镜阵列的飞秒激光并行存储光学系统，并利用ZEMAX和MATLAB对该系统进行了仿真建模。该系统数字微镜器件作为空间光调制器，对入射飞秒激光进行调制，并利用设计好的微透镜阵列对调制后光束进行分束聚焦，从而产生可控的多焦点阵列，实现并行光存储。\n 这些工作将为研究项目的顺利完成和该领域研究工作的深入发展打下了良好的基础。

关键词： 钛合金   生物材料   微纳化加工   超细晶   生物力学相容性  

摘要： 介绍生物医用钛合金超细晶材料微纳化加工技术的主要方法、特点,其显微组织与力学性能的相互影响以及其应用的国内外研究现状,重点介绍自主开发的新型近β型医用钛合金TLM(TiZrSnMoNb)在材料微纳化加工研究的最新进展,提出生物医用钛合金材料未来的研究发展方向。

关键词： 原子力显微镜   微纳制造   模板   分子动力学模拟  

摘要： 随着微纳米技术的飞速发展,微型化、集成化已成为了发展趋势。为了实现产品微小型化、降低成本、扩大生产效率的目标,需要不断研究探索微纳制造技术,推动其发展。原子力显微镜（Atomic Force Microscope, AFM）是一种纳米精度的表面形貌测量仪器,利用其纳米尺度的针尖对样品表面进行刻划,可以实现微细的切削加工,将图形转移到样品表面。为此,本文结合国家自然科学基金“具有气体检测功能的仿蝴蝶翅膀三维微纳结构制备技术研究”的需求,提出了一种基于AFM的微纳尺度模板加工技术,采用带有金刚石针尖的AFM切削加工铝薄膜材料,并结合感应耦合等离子刻蚀工艺制备出具有一定深宽比的微纳尺度模板结构,具体研究内容如下： 1、微纳加工机理研究。建立了AFM金刚石针尖及薄膜衬底结构模型,采用分子动力学方法分别对纳米压入过程以及切削过程进行了仿真。分析了薄膜在被压入过程中载荷力变化,研究了衬底对载荷力及薄膜材料变形造成的影响。采用不同的载荷速度进行了纳米压入的仿真,得出了材料变形及材料硬度随载荷速度的变化规律。此外,还对AFM针尖不同的切削方向进行了仿真,分析了不同的前端面形状对切削结构及碎屑形成造成的影响,以及不同切削深度、切削速度对材料去除状态的影响,为加工实验提供了理论指导。 2、详细讨论了基于AFM的微纳刻划加工系统的参数控制方法。研究了AFM加工沟槽过程中悬臂梁形变的测量方法,分析了AFM针尖的受力情况与探针悬臂梁的变形关系。在实验中采用横向位移补偿的方法消除了AFM弹性悬臂机械切削加工时产生的横向形变误差。实时测量了AFM针尖在加工过程中各方向受力的变化,为实施反馈控制提供了条件。 3、提出了AFM探针加工单晶硅衬底上的光刻胶薄膜和铝薄膜的工艺步骤。实验研究了刻划力与加工深度之间的关系。研究了AFM切削加工时,加工深度、加工速度、沟槽间距对加工结果的影响。通过优化加工参数在薄膜衬底结构上制作了平行沟槽结构,结合感应耦合等离子刻蚀工艺制作了具有一定深宽比的亚微米结构模板。 AFM加工是一项非常有前景的微纳制造方法。基于AFM的精密测量、微纳加工、纳米操纵、微纳结构修饰等都还在不断地研究和发展之中。本文针对AFM机械刻划加工和制作模板的应用进行了探索,基于AFM的应用研究更有待于进一步的深入和完善。

关键词： 聚焦离子束(FIB)   离子注入   气体辅助刻蚀(GAE)   微结构  

摘要： 提出了聚焦离子束注入(focused ion beam implantation,FIBI)和聚焦离子束XeF2气体辅助刻蚀(gas assisted etching,GAE)相结合的微纳加工技术。通过扫描电镜观察FIBI横截面研究了聚焦离子束加工参数与离子注入深度的关系。当镓离子剂量大于1.4×1017ion/cm2时,聚焦离子束注入层中观察到均匀分布、直径10～15nm的纳米颗粒层。以此作为XeF2气体反应的掩膜,利用聚焦离子束XeF2气体辅助刻蚀(FIB-GAE)技术实现了多种微纳米级结构和器件加工,如纳米光栅、纳米电极和微正弦结构等。结果表明该方法灵活高效,很有发展前途。

关键词： LIGA技术   三束(电子、离子、激光)   加工技术  

摘要： 微/纳制造领域已经成为衡量一个国家科技水平的重要标志之一,微/纳结构加工技术的发展和应用将给先进制造技术和超精密加工领域带来革命性的变革,主要介绍微/纳制造发展原因、特点及主要加工技术。

关键词： 飞秒脉冲激光   双光子吸收   光学衍射极限   纳米加工分辨率   微光学器件   微机电系统  

摘要： 激光加工技术作为重要的先进制造技术之一已广泛应用于众多的工业制造领域.利用激光直写技术进行材料加工时,其所能达到的加工分辨率一直受到经典光学理论衍射极限的限制,难于进行纳米尺度的加工.飞秒脉冲激光的出现不仅为研究光与物质相互作用的超快过程提供了手段,也为发展先进的微纳米加工技术提供了不可多得的光源.近年来,作为最新的激光加工技术之一的飞秒脉冲激光多光子微纳加工技术已成为国际上研究的热点.该技术利用多光子效应和激光与物质作用的阈值效应,成功地实现了纳米尺度的激光直写加工分辨率,可望在功能性微纳器件制备等纳米技术领域发挥重要作用,具有广阔的应用前景.在2001年日本科学家利用飞秒脉冲激光双光子聚合技术首次突破衍射极限获得120 nm的加工兮辨率后,最近我国科学家实现了15 nm线宽的纳米尺度加工分辨率.在利用多光束并行加工技术进行快速、大批量微纳结构加工的同时,最新发展的多光束组合技术实现了多部件组合加工、一次成型,解决了微尺度零部件组装难题,为微纳尺度器件及微机电系统的开发提供了具有实用化前景的加工方法与途径.利用飞秒脉冲激光双光子徽纳加工技术的高精度、良好的空间分辨率和真三维加工能力的特点,各国科学家制备出了各种微尺度光子学器件及微机电系统,充分展示了该技术的应用前景.随着对飞秒脉冲激光与物质相互怍用机理、加工技术及相关材料技术的深入研究,飞秒脉冲徽纳加工技术必将获得快速发展.并在先进纳米制造领域获得新的突破.

关键词： 聚焦离子束   液态金属离子源   微纳加工技术  

摘要： 聚焦离子束(FIB)技术是一种集形貌观测、定位制样、成份分析、薄膜淀积和无掩模刻蚀各过程于一身的新型微纳加工技术。它突破了只能对表层成像和分析的局限,可以对样品进行三维的、表面下的观察和分析,也可以对样品材料进行切割研磨和沉积特定材料,用它可以获得以前无法得到的样品信息。从而为研究人员和制造人员提供了一种对多种样品在纳米尺度进行修改、制作和分析的有效工具。

关键词： 飞秒激光双光子微加工   光子学器件   光子晶体   加工分辨率  

摘要： 飞秒激光可以与包括玻璃、陶瓷、半导体、金属、塑料、树脂等各类物质产生相互作用,其相互作用原理不同,加工方法也不同。利用非线性光学效应——双光子吸收的飞秒微纳加工技术是最独特也是最具有应用前景的微纳加工技术。利用显微物镜将飞秒激光聚焦到加工介质时激光光强在焦点处呈三维空间分布,双光子吸收过程仅产生在具有足够激光强度的微小区域,通过控制激光光强可以调节双光子吸收的产生范围,在适当的激光强度时,可以突破光学衍射极限的限制,将双光子吸收过程控制到远小于激光波长甚至纳米尺度范围,从而达到进行纳米加工的目的。飞秒激光双光子微纳加工技术具有真三维、一次成型及高加工分辨率的特点,是三维微纳结构制备的理想工具之一。通过"理论计算-计算机辅助图形设计-微纳激光制造"这样一个简单的流程可以实现制备可设计的复杂三维微细结构,因此在光子学微器件、微机电系统等领域具有巨大的应用前景。最近几年双光子微细加工技术也已成功地应用到功能性光子学器件中。在制备基于光子晶体带隙原理的三维光子元器件及其立体集成方面,飞秒激光双光子方法具有无可比拟的优势。我们研究小组利用碳硅烷树状大分子修饰的激光染料与光聚合制备的光固化树脂,采用双光子聚合微加工技术制备了包含聚合物纳米线的微尺度谐振腔结构,并观察到荧光发射增强效应。上述结果为设计制备无反射镜、超低阈值或无阈值高分子激光微谐振腔展示了可能性。将在对双光子微加工技术基础与现状进行介绍的同时,结合我们近年来在双光子微加工技术及功能性光子学微器件研究领域所进行的研究工作,对上述领域的发展趋势进行评述。相关研究结果及最新进展将在会议进行详细介绍。

关键词： 软刻蚀   扫描探针刻蚀   复制模塑法   电致刻蚀法  

摘要： 综述了在微纳加工领域的最新技术发展—软刻蚀技术(soft lithography)和扫描探针刻蚀技术(scanning probe lithography),其中着重描述了软刻蚀技术中的复制模塑技术(repli camolding,REM)和扫描探针刻蚀技术中的电致刻蚀加工技术,阐述了它们各自的加工原理和特点,并应用这些技术制作出一些周期性微纳织构表面。