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微加工研究人员如何使扫描电镜来表征纳米结构

 发布时间:2017/6/11 点击量:1598
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详细介绍:

微加工能制造出微米尺寸的结构特征,是制造新一代半导体、处理器以及芯片实验室微流系统的关键工具,其中芯片实验室的微流系统建立在化学分析系统上,小到能够放在手心上。目前为止,微加工依赖于掩模技术,例如光刻,使得可生产结构的多样性受到了限制。然而,研究的微米尺寸的 3D 打印系统可以组装比以前尺寸更小的 3D 复杂形貌。

 

未来发展趋势

Tommaso Baldacchini 是 Newport 公司技术和应用中心(TAC)的一名微加工研究人员。在他研究激光辅助纳米微加工的工作中,飞纳台式扫描高分辨率专业版 Phenom Pro 型号扫描电镜是一个重要的工具。同大学里常见的实验室相比,Newport 公司的 TAC 实验室更小,但他们和学术界用户保持着密切的合作关系。TAC 为学术界很多研究领域进行实验、并加工微型装置与器件。

 

目前微加工发展状况

目前,大多数微加工以传统机械加工和光刻为主,这就是平板印刷技术。Tommaso Baldacchini 透露,光刻技术的确能生产十分精密的高通量结构,但是这种方法于二维空间。Baldacchini 说:这就意味着加工错失了一整个维度。其他的局限性还包括:

 

·加工这些结构的仪器费用高

·常常需要干净的工作空间

·基板和材料种类于硅和半导体

 

Baldacchini 提到:十分有必要去打破这些限制性的障碍,来发明一些新的微纳加工装置。

 

打破纳米微加工的障碍

在加工纳米微结构的过程中存在着许多挑战。这些挑战主要来自制造微结构的技术和结构自身特性(如大小,形状和表面积)。
激光辅助纳米微加工技术(Journal of Laser Applications 24, 042007 (2012))为建立纳米和微米尺寸结构提供了一整套*方案。激光照射到样品表面会产生很多影响,包括局部发热、熔化、烧蚀、分解和光化学反应,进而可以获得一些例如石墨烯、碳纳米管、甚至聚合物和陶瓷材料形成的多种复杂纳米结构。

 

表征

当表征微结构时,拥有一个能在纳米精度下准确测量加工微结构尺寸的工具是十分关键的。有必要观察加工结构的拓扑形貌和均匀性,进而确保“构建”质量达到设计要求。能够表征新材料表面成分甚至是内部成分同样重要。

 

飞纳台式扫描电镜在放大 2150 倍(左)和 8300 倍(右)数下观察烧蚀样品

 

扫描电镜(SEM)是这类工作的理想工具,能够聚焦到纳米级、观察小尺寸和纳米样品特征。Baldacchini 说:一台扫描电镜是表征样品宝贵的工具。当样品烧蚀时,我们能观察其表面的变化,或者我们可以观察含添加剂样品的拓扑结构。

 

技术创新

TAC 已经研发出一种高分辨,纳米 3D 打印技术,称作双光子聚合。使用双光子聚合能够制造精细的三维聚合物结构,这一几十微米大的结构往往具有纳米尺度特征。扫描电镜 SEM 在表征结构特征方面经常使用,可作为检验已生产纳米结构的一种方法。除此之外,Baldacchini 的研究还应用了非线性光学显微镜,例如用相干反斯托克斯-拉曼散射显微镜研究双光子聚合生成微米结构的化学和机械特征。

 

他们在 TAC 开发了一种激光辅助微加工工具,称作 Laser µFAB。这是一个可以把客户自有的激光连接到机器上,并执行不同类型激光微加工的整套工具。该系统提供的软件可以使用户导入一个二维图形,并通过移动带有固定激光器的台子将图形重塑。系统也允许用户创建他们想要生产的任何三维结构。

 

利用 SEM 表征

因此,通过 Newport 公司的 Baldacchini 例子,表明一台扫描电镜是表征产品和验视纳米微结构的重要工具。如果你想了解更多关于 TAC 利用扫描电镜 SEM 验视纳米微结构,请 info@phenom-china.com 免费获取该案例研究。

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