激光微納加工

皮秒激光精密微孔加工應(yīng)用作為一種激光精密加工技術(shù)，皮秒激光在對(duì)高硬度金屬微孔加工方面的應(yīng)用早在20世紀(jì)90年代初就有報(bào)道。1996年德國學(xué)者Chichkov等研究了納秒、皮秒以及飛秒激光與材料的作用機(jī)理，并在真空靶室中對(duì)厚度100μm的不銹鋼進(jìn)行了打孔實(shí)驗(yàn)，建立了激光微納加工的理論模型，為后續(xù)的激光微納加工實(shí)驗(yàn)研究奠定了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。1998年Jandeleit等對(duì)厚度為250nm的銅膜進(jìn)行了精密制孔實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)指出使用同一脈寬的皮秒激光器對(duì)厚度較薄的金屬材料制孔時(shí)，采用高峰值功率更有可能獲得高質(zhì)量的的制孔效果。然而，優(yōu)異的加工效果不僅取決于脈沖寬度以及峰值功率，制孔方式也是一個(gè)至關(guān)重要的因素，針對(duì)這一問題，F(xiàn)ohl等采用納秒激光與飛秒激光對(duì)制孔方式進(jìn)行了深入研究，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示納秒激光采用螺旋制孔方式所加工的微孔整潔干凈，而飛秒激光采用一般的沖擊制孔方式所加工的微孔邊緣有明顯的再鑄層。在硅材料刻蝕當(dāng)中，硅針的刻蝕需要用到各向同性刻蝕，硅柱的刻蝕需要用到各項(xiàng)異性刻蝕。激光微納加工

微納加工設(shè)備主要有：光刻、刻蝕、鍍膜、濕法腐蝕、絕緣層鍍膜等。微納檢測主要是表征檢測：原子力顯微鏡、掃描電鏡、掃描顯微鏡、XRD、臺(tái)階儀等。每一個(gè)設(shè)備都包含比較多具體的分類。光刻機(jī)，也被稱為曝光機(jī)，三大類:步進(jìn)式光刻機(jī)，接觸接近式光刻，電子束曝光。微納制造技術(shù)是指尺度為毫米、微米和納米量級(jí)的零件，以及由這些零件構(gòu)成的部件或系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、加工、組裝、集成與應(yīng)用技術(shù)。傳統(tǒng)“宏”機(jī)械制造技術(shù)已不能滿足這些“微”機(jī)械和“微”系統(tǒng)的高精度制造和裝配加工要求，必須研究和應(yīng)用微納制造的技術(shù)與方法。微納制造技術(shù)是微傳感器、微執(zhí)行器、微結(jié)構(gòu)和功能微納系統(tǒng)制造的基本手段和重要基礎(chǔ)。天津高精度微納加工微納加工平臺(tái)，主要是兩個(gè)方面：微納加工、微納檢測。

隨著聚合物精密擠出成型技術(shù)和現(xiàn)代納米技術(shù)的發(fā)展，聚合物制品逐漸向微型化發(fā)展，傳統(tǒng)擠出成型也朝著微型化發(fā)展，出現(xiàn)了微擠出成型技術(shù)。如今，微擠出成型技術(shù)常應(yīng)用于納米介入導(dǎo)管、微型光纖和微細(xì)齒輪等的制備。在聚合物熔體微擠出成型的過程中，機(jī)頭流道結(jié)構(gòu)直接影響到熔體流動(dòng)的流場分布與穩(wěn)定性。不合理的機(jī)頭結(jié)構(gòu)參數(shù)，將導(dǎo)致制品尺寸誤差、形狀誤差和機(jī)械性能不足等問題的出現(xiàn)，出現(xiàn)諸如壁厚不均、開裂、蜜魚皮和翹曲等缺陷。國內(nèi)外學(xué)者對(duì)基于微尺度條件下的聚合物流動(dòng)行為進(jìn)行了大量有意義的嘗試和研究，主要研究內(nèi)容包括微細(xì)流道聚合物溶體流動(dòng)、表面張力、壁面滑移現(xiàn)象、微擠出機(jī)頭設(shè)計(jì)等。為更深入、系統(tǒng)的微擠出成型研究奠定了理論基礎(chǔ)。

微納加工中，材料濕法腐蝕是一個(gè)常用的工藝方法。材料的濕法化學(xué)刻蝕，包括刻蝕劑到達(dá)材料表面和反應(yīng)產(chǎn)物離開表面的傳輸過程，也包括表面本身的反應(yīng)。半導(dǎo)體技術(shù)中的許多刻蝕工藝是在相當(dāng)緩慢并受速率控制的情況下進(jìn)行的，這是因?yàn)楦采w在表面上有一污染層。污染層厚度常有幾微米，如果化學(xué)反應(yīng)有氣體逸出，則此層就可能破裂。濕法刻蝕工藝常常有反應(yīng)物產(chǎn)生，這種產(chǎn)物受溶液的溶解速率的限制。為了使刻蝕速率提高，常常使溶液攪動(dòng)，因?yàn)閿噭?dòng)增強(qiáng)了外擴(kuò)散效應(yīng)。多晶和非晶材料的刻蝕是各向異性的。然而，結(jié)晶材料的刻蝕可能是各向同性，也可能是各向異性的，它取決于反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的性質(zhì)。晶體材料的各向同性刻蝕常被稱作拋光刻蝕，因?yàn)樗鼈儺a(chǎn)生平滑的表面。各向異性刻蝕通常能顯示晶面，或使晶體產(chǎn)生缺陷。因此，可用于化學(xué)加工，也可作為結(jié)晶刻蝕劑。提高微納加工技術(shù)的加工能力和效率是未來微納結(jié)構(gòu)及器件研究的重點(diǎn)方向。

2012年北京工業(yè)大學(xué)Duan等使用課題組自行研制的皮秒激光器對(duì)金屬鉬、鈦和不銹鋼進(jìn)行了精密制孔研究，并利用旋切制孔方式對(duì)厚度為0.3mm的金屬鉬實(shí)現(xiàn)了孔徑?小于200μm的微孔加工，利用螺旋制孔方式在厚度為1mm不銹鋼上實(shí)現(xiàn)了孔徑為200μm的制孔效果。實(shí)驗(yàn)指出大口徑微孔加工應(yīng)采用旋切制孔方式，而加工較小口徑時(shí)則更宜選用螺旋制孔方式。皮秒激光精密微孔加工過程中，對(duì)于厚度較小的材料(d<1μm)，由于激光與材料作用的時(shí)間較短，以采用高峰值功率、窄脈寬的激光為宜，而對(duì)于厚度在百微米甚至超過1mm的金屬材料的微孔加工，除了要考慮激光峰值功率以及脈沖寬度外，選擇合適的制孔方式是必要的。此外，根據(jù)材料結(jié)構(gòu)的不同還應(yīng)該選擇是否采用偏振輸出等因素。在微納加工過程中，薄膜的形成方法主要為物理沉積、化學(xué)沉積和混合方法沉積。天津高精度微納加工

微納加工技術(shù)對(duì)現(xiàn)代的生活、生產(chǎn)產(chǎn)生了巨大的促進(jìn)作用，并催生了一批新興產(chǎn)業(yè)。激光微納加工

掩模板是根據(jù)放大了的原圖制備的帶有透明窗口的模板。例如，可以用平整的玻璃板，涂覆上金屬鉻薄膜，通過類似照相制版的方法制備而成。具有微納圖形結(jié)構(gòu)的掩模板通常使用電子束光刻機(jī)直接制備，其制作過程就是典型的光刻工藝過程，包括金屬各層沉積、涂膠、電子束光刻、顯影、鉻層腐蝕及去膠等過程。由于模板像素超多，用掃描式光刻機(jī)制作掩模板的速度相當(dāng)慢，造價(jià)十分昂貴。曝光光刻是圖形形成的中心工藝過程，可分為正膠工藝和負(fù)膠工藝，采用相同掩模板制作時(shí)，二者可獲得互補(bǔ)的圖形結(jié)構(gòu)。另外，按照不同工作距離可分為接近式曝光、近貼式曝光（接觸曝光）和投射式光學(xué)曝光；按照曝光系統(tǒng)的工作光源又可分為紫外線曝光、X射線與及紫外線曝光、電子束與離子束曝光。此外，微納印刷技術(shù)（，如納米壓印技術(shù)，在納米結(jié)構(gòu)及器件制作中也得到了良好的發(fā)展，其高效的圖形復(fù)制特點(diǎn)使之在工業(yè)界極具吸引力。卷對(duì)卷滾軸壓印技術(shù)已經(jīng)被產(chǎn)線普遍采用。激光微納加工