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纳米加工技术 1.纳米加工技术简介 2.纳米加工的关键技术 3.纳米加工技术中的纳米器件 4.纳米加工技术的应用 纳米？ 1(nm): 1毫米(mm)的百万分之一，头发的直径的万分之一。 蛋白质、DNA、RNA、病毒，都在1~100nm的范围 光合作用在“纳米车间” 进行 细胞中的一些结构单元都是执行某种功能的“纳米机械”，细胞象一个“纳米工厂” 莲花荷叶出污泥而不染:“荷叶效应” 什么是纳米加工？ 纳米级精度的加工和纳米级表层的加工，即原子和分子的去除、搬迁和重组。是纳米技术主要内容之一。 精度为3～O．3 μm，粗糙度为O．3～O·03μm的叫精密加工； 　　 精度为0．3～0．03 μm，粗糙度为0．03～0．005 μm的叫超精密加工，或亚微米加工； 　　 精度为0．03 μm（30纳米），粗糙度优于0．005 μm以上的则称为纳米（nm）加工。 纳米加工的实质就是要切断原子间的结合，实现原子或分子的去除，切断原子间结合所需要的能量，必然要求超过该物质的原子间结合能。 　 按加工方式，纳米级加工可分为切削加工、磨料加工（分固结磨料和游离磨料）、特种加工和复合加工四类。纳米级加工还可分为传统加工、非传统加工和复合加工。传统加工是指刀具切削加工、固有磨料和游离磨料加工；非传统加工是指利用各种能量对材料进行加工和处理；复合加工是采用多种加工方法的复合作用。纳米级加工技术也可以分为机械加工、化学腐蚀、能量束加工、复合加工、隧道扫描显微技术加工等多种方法。机械加工方法有单晶金刚石刀具的超精密切削，金刚石砂轮和CBN砂轮的超精密磨削和镜面磨削、磨、砂带抛光等固定磨料工具的加工，研磨、抛光等自由磨料的加工等，能束加工可以对被加工对象进行去除，添加和表面改性等工艺，例如，用激光进行切割、钻孔和表面硬化改性处理。用电子束进行光刻、焊接、微米级和纳米级钻孔、切削加工，离子和等离子体刻蚀等。属于能量束的加工方法还包括电火花加工、电化学加工、电解射流加工、分子束外延等。STM加工是必威体育精装版技术，可以进行原子级操作和原子去除、增添和搬迁等。 当微粒尺寸小于100nm时，会产生许多与宏观状态下不同的特性： 量子尺寸效应 小尺寸效应 表面和界面效应 宏观量子隧道效应 总的来说，物质很多性能会发生改变，从而呈现出既不同于宏观物体，又不同于单个独立原子的奇异现象：熔点降低，蒸汽压升高，活性增大，声、光、电、磁、热、力学等物理性能出现异常。 从一定程度上讲，纳米材料、纳米加工制造技术以及纳米测量技术成为纳米科技发展的三个重要支撑技术。 1.检测技术： 常规的机电测量仪在纳米级检测中，一方面受到分辨率和测量精度的局限，达不到预期精度；另一方面还会损伤元件表面。该技术有两个发展方向：光干涉测量技术和扫描显微测量技术。 这里主要介绍扫描显微测量技术，如扫描隧道显微镜、原子力显微镜、磁力显微镜、激光力显微镜等等。 扫描隧道显微镜的工作原理 该显微镜基于量子理论中的隧道效应。若将极细的探针和被研究物质表面作为两个电极，当探针和样品间举例非常接近时，在外加电场作用下作用下，电子会贯穿两个电极间的绝缘层从一级流向另一极，产生与两电极间距离和表面性质有关的隧道电流，这种效应是电子波动性的直接结果，是一种典型的量子效应。 由公式得出，电流强度和两极之间距离成指数关系，所以隧道电流大小和电极间距离密切相关，控制此电流，针尖和样品之间距离就不会改变，在扫描过程中，针尖随着表面起伏而上下运动，这种高低变化就反应了样品表面的起伏。 2.环境控制 扫描探针显微镜原理上讲比较简单，但是实际上要实现并不容易，需要解决一些关键技术： 振动：一般地面震动是微米量级的，可是要产生稳定隧道电流，间距必须小于1nm，必须严格控制振动。 噪声：产生的电流时纳安级别的，因此必须隔绝电子噪声。 针尖：如果针尖很钝，就不可能探测到单个原子，达不到原子分辨率，所以针尖必须很尖。 样品：样品必须为导体或者半导体，对于不导电的样品，也要在表面覆盖一层导电膜，对该导电膜也有很高的要求。 另外还需要恒温、恒湿、超净环境来进行纳米加工。 3.机床以及工具 纳米加工对机床的要求有： ?高精度，要求机床有高精度进给系统，实现无爬行的纳米级进给；有回转运动时，需要保证有纳米级回转精度。 ?高刚度，要求机床有足够高的刚度，保证工件和工具之间相对位置不受外力作用而改变。 ?高稳定性，要求设备在使用过程中应能长时间保持高精度，抗干扰、抗振动、高耐磨性。 原子排列 STM的针尖和样品之间存在范德华力和静电力两种力，调节针尖位置和所加偏压，可以改变力的大小和方向，从而诱导表面单个原子和分子完全脱离表面，或者在表面横向移动，使得表面原子按照一定规律排列。STM可以在吸附表面上进行直接刻写、诱导沉积、刻蚀，还