纳米加工技术论文(2)
纳米加工技术论文
纳米加工技术论文篇二
新型纳米加工技术的研究进展
摘 要：随着纳米技术的发展和电子器件小型化的需求，纳米加工方法越来越多地引起人们的关注，纳米技术的核心是纳米加工技术。新型纳米加工技术突破传统光刻限制和有机高分子结构的限制，属于多项纳米操纵加工技术的系统工程研究，主要特色为瞄准学科前沿的创新性应用基础研究，具有较强的创新性、前瞻性和原创性，具有广泛的应用前景。
关键词：无机纳米材料;纳米加工技术;研究
随着纳米技术的发展和电子器件小型化的需求，纳米加工方法越来越多地引起人们的关注，纳米技术的核心是纳米加工技术。纳米加工技术作为引起一场新的产业革命的科学技术，备受世人瞩目。随着科技的发展，对电子器件小型化的要求越来越强烈，各种器件逐渐由微米向纳米尺度发展。特别是对纳米器件、光学器件、高灵敏度传感器、高密度存储器件以及生物芯片制造等方面的纳米化要求越来越强烈，如何缩小图形尺寸、提高器件的纳米化程度已经成为各国科学家们越来越关心的问题。然而由于传统刻蚀技术的限制使得器件纳米化的发展成为当今电子器件小型化发展的重要制约因素之一。因此，新型纳米加工技术突破传统光刻限制和有机高分子结构的限制，属于多项纳米操纵加工技术的系统工程研究，主要特色为瞄准学科前沿的创新性应用基础研究，具有较强的创新性、前瞻性和原创性，具有广泛的应用前景。
1 国内外研究现状
近年来，为了克服原有光刻技术对图形线宽的限制，人们已探索了许多先进的纳米刻蚀加工方法。AT&T BeII实验室的R・S・Becker等人利用扫描探针显微技术实现了在Ge表面原子级的加工。H・D・Day和D・R・Allee成功地实现了硅表面的纳米结构制备，从而在纳米加工领域开辟了新的天地。近年来，Mirkin研究组和其它几个研究集体利用扫描探针技术成功地制造了有机分子纳米图形与阵列、无机氧化物、金属纳米粒子、高分子溶胶等纳米图形和阵列以及蛋白质阵列。此外，离子束、电子束、极紫外、X射线、深紫外加波前工程、干涉光刻以及原子光刻等技术的出现进一步发展了纳米刻蚀加工技术，为克服光刻的限制，提高图形密度提供了可能。然而这些方法虽然可以实现相对复杂的纳米图形化，但其设备昂贵， 投资成本较大、应用步骤复杂，更主要的在于生产效率低，产品价格高昂，因而难以在要求低成本、高产出的商业中得到广泛的应用，特别是在图形要求相对简单、有序，而密度和灵敏度要求较高的纳米器件中(如：传感器、激光器、平板显示器、高密度存储器件、生物芯片、量子器件等方面)的应用受到了很大的制约。因此，如何发展简单、便宜、适用于大规模生产的表面图案化技术已成为一个涉及众多学科领域的新课题。
当前，美、日两国在纳米光刻领域的研究处于世界领先地位。为了应对纳米技术的挑战，欧洲最近几年开展国家间的大型合作项目技术，纳米光刻技术得到了深入研究和广泛发展。近年来我国对纳米加工方面的研究也进行了大力的扶持，很多科研单位将纳米加工技术列为重点研究项目，并引进了具有0.13和0.09微米生产技术能力的大型芯片企业，为提高我国的纳米加工技术和芯片制造水平，发展信息产业技术，抢占21世纪纳米科学技术的制高点具有不可低估的作用。
2 新型纳米加工技术
纳米加工技术是为了适应微电子及纳米电子技术、微机械电子系统的发展而迅速发展起来的一门加工技术。目前，探索新的纳米加工方法和手段已成为纳米技术领域中的热点。随着纳米加工技术的发展，现已出现了多种纳米加工技术，新型纳米加工技术利用无机纳米材料及无机-有机纳米复合图形材料制备纳米图形化掩模，结合纳米刻蚀技术实现小于30纳米的图形结构制备。随着纳米结构图形尺寸小于100纳米后，不仅缩小了器件的尺寸，而且由于纳米尺寸效应的影响，纳米器件被赋予了许多新的特性：计算速度更快、存储密度更高、能耗大大减少等。纳米技术的发展也会对生命技术发展产生重大的影响，对环境、能源等很多方面都会产生重大影响，具有重大而深远的意义。
3 新型纳米加工技术的应用
和有机材料相比，无机纳米材料具有尺寸均匀可控，性质稳定、种类多样、易于制备等特点，其粒度尺寸可小于10纳米，甚至可以达到1纳米。同时，利用自组装排布技术也可以获得无机纳米材料的多种纳米图形结构。显然，利用无机纳米材料做掩模有望进一步克服有机高分子结构和尺寸方面的限制，获得尺寸更小，密度更高的纳米图形。同时，利用有机分子的多样性通过功能基团与无机纳米材料结合起来，这样既保留了原来有机分子及无机分子的本质特征，又可能通过这些结合所带来的变化导致新的纳米图形产生，使纳米刻蚀技术向更小的粒度和线宽发展，为提高纳米传感器灵敏度，提高高密度存储器件的记录密度等纳米器件的性能提供新的契机。但从目前来看，大部分研究主要集中在有机图形材料的研究方面，对无机材料，特别是无机-有机复合图形材料的研究还鲜有报导。采用无机纳米材料及无机-有机纳米复合图形材料结合自组装排布技术以及纳米刻蚀加工技术，有望打破有机图形化材料的限制，获得更为丰富的图形结构。因此，利用无机纳米材料及无机-有机纳米复合图形材料在基底表面实现纳米图形化模板的制备，并结合纳米刻蚀技术对图形进行转移，不仅可用于纳米材料制作、纳米器件加工、纳米长度测量、纳米物质的物理特性研究等方面，还可用于对DNA链和病毒进行处理等，具有重要的应用前景。
4 新型纳米加工技术前景展望
新型纳米加工技术在多个领域具有广泛的应用，如生物、医药、机械、电子等领域，其中包括纳米器件(微电子器件、量子器件)，纳米材料(低维量子点、量子线材料、光子带宽材料)，纳米长度测量标准(可置于显微镜中)，光学光栅制作，新型传感器，纳米电子技术，能源领域以及纳米机器人等方面。在纳米刻蚀技术完善后，可以制作纳米级硬件，今后可广泛应用于信息科学和生命科学中。与传统的刻蚀技术相比，以纳米材料为基础的纳米刻蚀加工技术由于利用纳米材料的图形化特性并结合反应离子刻蚀技术，实现纳米图形的刻蚀，因此所需设备简单，操作方便，克服了传统光刻技术对尺寸的限制和电子束光刻等在设备和生产速度上的限制，因而成为人们近来广泛关注的热点，为从宏观到微观纳米图形制作开辟了新途径。对改善太阳能电池表面陷光特性，提高光电转换效率，以及对微芯片、纳米传感器、量子器件、高密度存储等高新技术产品向更高密度、更高速度、更高分辨率和超微细化发展，促进国防科技水平和信息科学的进步，以及医学和生命科学的进步，都具有重大而深远的意义。目前，随着纳米加工技术逐渐产业化和日趋成熟，已经得到市场广泛认可和接受，其产业化和市场化的前景是十分可观的。
5 结束语
纳米器件的设计与制造已成为世界上人们关注的热点，成为二十一世纪科学技术进步的发展动机。新型纳米加工技术的发展方向是多种技术的综合应用，以实现各种技术的优势互补。因此开展纳米加工技术和方法的研究，不仅可以获得自主知识产权，而且在未来的科技竞争中占据主动。
参考文献
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基金项目：黑河学院科学技术研究项目“新型纳米加工技术的研究”(项目编号：KJY201208)
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