基于流体可纺性直写的微纳掩模制作方法研究

发布时间：2022-10-08 13:59

　　微纳掩模制作是进行刻蚀、沉积和改性等微纳加工工艺之前的主要工艺,也是微纳米加工过程中的关键步骤和基础。因此,高质量、柔性、低成本、高效地掩模制作对微/纳机电系统（MEMS/NEMS）、微米纳米技术、微/纳电子芯片、半导体器件等领域的科研和生产都具有非常重要的意义。当前,直写掩模方法是一种可以不依赖掩模版和印模的掩模图案制造方法,其制作工艺较为简单,并且具有较高的掩模制作精度和柔性度。因此,直写掩模方法是微纳掩模制作的重要发展方向。但目前的直写掩模方法在直写原理及机制、直写设备、掩模材料及工艺等方面存在的问题制约了其进一步向低成本、高质量、绿色环保等方面的发展,同时这些也是直写掩模方法能够真正大量用于微纳制造需要解决的关键问题。本文提出一种基于流体可纺性的直写掩模方法,并在直写原理及机制、直写设备、掩模材料及工艺等方面进行研究,更进一步地,深入研究其直写原理的影响因素、直写掩模后的微纳加工工艺以及基于该直写掩模方法的微纳器件制造方法,为实现低成本、高质量、绿色环保地直写掩模及微纳器件制造的目标打下基础。主要研究工作如下:（1）提出了基于流体可纺性的直写原理,并基于流体的拉伸流动、剪切流动... 

【文章页数】：112 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 课题背景与意义
    1.2 直写掩模方法国内外的研究现状
        1.2.1 能量束直写掩模方法
        1.2.2 微喷直写掩模方法
        1.2.3 扫描探针直写掩模方法
        1.2.4 各种直写掩模方法的总结和分析
    1.3 本文主要研究内容
第2章 基于流体可纺性的直写方法的相关理论及仿真研究
    2.1 引言
    2.2 基于流体可纺性的直写原理研究
        2.2.1 流体可纺性及其应用现状
        2.2.2 基于流体可纺性的丝条微结构制作原理
        2.2.3 基于丝条微结构的直写原理
    2.3 直写原理中流体拉伸流动的相关理论
        2.3.1 拉伸流动的基本概念
        2.3.2 单轴拉伸流动形变的理论
        2.3.3 单轴拉伸流动拉伸粘度的理论及分析
    2.4 直写原理中流体的可纺性及相关理论
        2.4.1 流体的剪切流动和可纺性理论
        2.4.2 流变学基本控制方程
        2.4.3 流体的断裂理论
    2.5 直写原理中流体纺丝及断裂过程的有限元仿真研究
        2.5.1 几何模型及边界条件设置
        2.5.2 仿真结果与分析
        2.5.3 掩模材料的选择
    2.6 本章小结
第3章 基于流体可纺性的直写掩模实验研究及自动直写掩模系统的研制
    3.1 引言
    3.2 基于流体可纺性的丝条微结构制备方法研究
        3.2.1 微米级钨探针的电化学法制备工艺及参数研究
        3.2.2 丝条微结构的制备方法研究
    3.3 基于流体可纺性的直写掩模方法的实验研究
        3.3.1 直写掩模的初步实验研究
        3.3.2 不同润湿性基底上的直写掩模研究
        3.3.4 大面积覆盖的直写掩模方法研究
    3.4 自动直写掩模实验系统的研制及自动直写掩模方法研究
        3.4.1 自动直写掩模系统的方案设计
        3.4.2 自动直写的运动及控制系统的研制
        3.4.3 自动直写的控温及隔热模块研制
        3.4.4 自动直写掩模系统的研制
        3.4.5 自动直写掩模的实验研究
    3.5 本章小结
第4章 基于流体可纺性直写掩模后的微纳加工工艺研究
    4.1 引言
    4.2 直写糖掩模后的沉积和剥离工艺研究
        4.2.1 薄膜沉积技术和溶脱剥离技术
        4.2.2 基于糖掩模的金微电极制备方法研究
        4.2.3 金微电极特性测试及分析
        4.2.4 基于金微电极的纳米材料的特性测试研究
    4.3 直写糖掩模后的刻蚀工艺研究
        4.3.1 刻蚀技术
        4.3.2 基于糖掩模的石墨微结构制备方法研究
        4.3.3 原子力显微镜表征及分析
        4.3.4 扫描电子显微镜表征及分析
    4.4 纳米级少层石墨微结构的制备方法研究
        4.4.1 石墨烯及其制备方法
        4.4.2 纳米级少层石墨微结构的刻蚀工艺研究
    4.5 本章小结
第5章 基于流体可纺性直写掩模的石墨台微纳器件制造方法研究
    5.1 引言
    5.2 石墨台微纳器件的研究现状
        5.2.1 石墨台微纳器件的结构原理及其特性
        5.2.2 石墨台微纳器件的制造工艺要求及现状
    5.3 石墨台微纳器件的制造方法研究
        5.3.1 基于光学光刻掩模制作的石墨台微纳器件制造方法研究
        5.3.2 基于流体可纺性直写掩模的石墨台微纳器件制造方法研究
        5.3.3 石墨台微纳器件的扫描电镜表征及分析
    5.4 石墨台微纳器件的特性测试实验研究
        5.4.1 自回复特性测试的实验系统研制
        5.4.2 自回复特性测试结果及分析
        5.4.3 最大摩擦力和自回复速度计算及分析
        5.4.4 不规则器件的自回复特性测试结果及分析
    5.5 本章小结
第6章 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 创新点
    6.3 展望
参考文献
致谢
攻读学位期间参加的科研项目和成果


【参考文献】：
期刊论文
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博士论文
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硕士论文
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本文编号：3687840