本文關(guān)鍵詞：基于RIE與AFM機(jī)械刻劃的納米結(jié)構(gòu)加工實驗研究

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【摘要】：基于原子力顯微鏡（Atomic Force Microscope，AFM）的機(jī)械刻劃是一種加工納米結(jié)構(gòu)的有效方法，學(xué)者們運(yùn)用該加工方式已經(jīng)在多種材料如聚合物、金屬表面加工出了精細(xì)的二維甚至三維結(jié)構(gòu)。然而受限于AFM針尖的硬度，其在硅表面進(jìn)行加工時容易急劇磨損，，且深度尺寸難以得到保證。因此本文利用AFM針尖在聚合物掩膜上進(jìn)行納米結(jié)構(gòu)的加工，并通過反應(yīng)離子刻蝕（Reactive Ion Etching，RIE）將其轉(zhuǎn)印到硅基底上，最終在硅上得到了精細(xì)的納米結(jié)構(gòu)。本文主要圍繞以下三個方面進(jìn)行研究分析。 通過控制旋轉(zhuǎn)涂覆的速度和溶液濃度，在硅基底上制備了不同厚度的PMMA薄膜。利用原子力顯微鏡（Dimension Icon）系統(tǒng)中的PeakForce QNM（QuantitativeNanoMechanics）模塊，測量了PMMA薄膜的彈性模量，分析了硅基底對其機(jī)械性能的影響。通過刻劃實驗分析了不同厚度薄膜的加工性能，并比較了針尖的磨損情況，確定了適合AFM機(jī)械加工的掩膜制備條件。 為了在掩膜材料上加工出良好的納米結(jié)構(gòu)，在其上進(jìn)行了重復(fù)刻劃實驗和超聲振動輔助加工實驗。重復(fù)刻劃實驗在保證納米結(jié)構(gòu)一致性的同時，增大了加工的溝槽深度，然而其較低的加工效率限制了它的實際應(yīng)用。采用超聲振動輔助加工的方式不僅能增大結(jié)構(gòu)的深度尺寸，且降低了針尖的粘結(jié)和磨損。 為了使掩膜上的結(jié)構(gòu)能真實地轉(zhuǎn)印到硅基底上，進(jìn)行了反應(yīng)離子刻蝕實驗。通過對比不同厚度掩膜的刻蝕效果，確定了有利于結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)印的掩膜厚度。合理調(diào)整刻蝕參數(shù)，以及引入雙掩膜的實驗方案，最終在硅基底上得到了精細(xì)的納米結(jié)構(gòu)。
【關(guān)鍵詞】：原子力顯微鏡 反應(yīng)離子刻蝕 PMMA 納米結(jié)構(gòu)
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TB383.1;TH16
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 緒論8-15
• 1.1 課題研究的背景和意義8-9
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀9-14
• 1.2.1 AFM 機(jī)械刻劃在聚合物表面加工的實驗研究9-11
• 1.2.2 結(jié)合刻蝕與 AFM 機(jī)械刻劃的實驗研究11-14
• 1.3 本課題的主要研究內(nèi)容14-15
• 第2章 PMMA 掩膜性能分析15-29
• 2.1 引言15
• 2.2 PMMA 掩膜的制備工藝15-18
• 2.2.1 PMMA 薄膜的制備15-16
• 2.2.2 不同工藝參數(shù)下 PMMA 掩膜的比較16-18
• 2.3 PMMA 掩膜彈性模量的測量18-23
• 2.3.1 PeakForce QNM 的工作原理19-21
• 2.3.2 PeakForce QNM 的校準(zhǔn)過程21-22
• 2.3.3 PeakForce QNM 的測量結(jié)果分析22-23
• 2.4 AFM 在不同厚度 PMMA 掩膜上的加工實驗23-28
• 2.4.1 不同厚度掩膜上的加工實驗條件23-24
• 2.4.2 不同厚度掩膜的加工實驗結(jié)果分析24-28
• 2.5 本章小結(jié)28-29
• 第3章 AFM 在 PMMA 掩膜上的加工工藝研究29-47
• 3.1 引言29
• 3.2 不同針尖半徑對納米刻劃的影響29-33
• 3.2.1 不同半徑針尖的刻劃結(jié)果對比29-31
• 3.2.2 不同半徑針尖對影響刻劃結(jié)果的理論分析31-33
• 3.3 方坑結(jié)構(gòu)的加工33-35
• 3.3.1 載荷對方坑結(jié)構(gòu)的影響33-34
• 3.3.2 加工速度對方坑結(jié)構(gòu)的影響34
• 3.3.3 進(jìn)給量對方坑結(jié)構(gòu)的影響34-35
• 3.3.4 完整方坑結(jié)構(gòu)的加工研究35
• 3.4 AFM 探針重復(fù)刻劃實驗35-39
• 3.4.1 重復(fù)刻劃實驗過程35-36
• 3.4.2 重復(fù)刻劃實驗結(jié)果分析36-39
• 3.5 AFM 在超聲振動輔助下的加工實驗研究39-45
• 3.5.1 AFM 超聲振動輔助加工的實驗設(shè)備40-41
• 3.5.2 超聲振動輔助加工的實驗步驟及結(jié)果分析41-43
• 3.5.3 超聲振動輔助加工的原理分析43-45
• 3.6 本章小結(jié)45-47
• 第4章 納米結(jié)構(gòu)的反應(yīng)離子刻蝕實驗47-62
• 4.1 引言47
• 4.2 反應(yīng)離子刻蝕簡介47-49
• 4.3 反應(yīng)離子刻蝕實驗49-61
• 4.3.1 RIE 設(shè)備及參數(shù)49-50
• 4.3.2 不同厚度掩膜的刻蝕結(jié)果對比分析50-55
• 4.3.3 優(yōu)化的 RIE 工藝方案設(shè)計55-61
• 4.4 本章小結(jié)61-62
• 結(jié)論62-64
• 參考文獻(xiàn)64-68
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的論文68-70
• 致謝70

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 曹鳳國,張勤儉;超聲加工技術(shù)的研究現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢[J];電加工與模具;2005年S1期

2 崔錚;;微納米加工技術(shù)及其應(yīng)用綜述[J];物理;2006年01期

本文編號：796689