新型納米加工技術的研究

朱團++王英++刑艷++劉立紅++郭雙林

摘 要：新型納米加工技術是近幾年迅速發展并取得突破性進展的一種納米制造技術，利用無機納米材料及無機—有機納米復合圖形材料制備納米圖形化掩模，結合納米刻蝕技術實現小于30 nm的圖形結構制備?？朔藗鹘y光刻技術對尺寸的限制和電子束光刻等在設備和生產速度上的限制，為從宏觀到微觀納米圖形制作開辟了新途徑。通過新型納米加工技術的研究，克服了傳統光刻技術對尺寸的限制和電子束光刻等在設備和生產速度上的限制，為從宏觀到微觀納米圖形制作開辟了新途徑。

關鍵詞：納米材料 自組裝 納米加工技術 研究

中圖分類號：TB383 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）11（a）-0007-01

納米加工技術作為引起一場新的產業革命的科學技術，備受世人矚目。隨著科技的發展，對電子器件小型化的要求越來越強烈，各種器件逐漸由微米向納米尺度發展。特別是對納米器件、光學器件、高靈敏度傳感器、高密度存儲器件以及生物芯片制造等方面的納米化要求越來越強烈，如何縮小圖形尺寸、提高器件的納米化程度已經成為各國科學家們越來越關心的問題。然而由于傳統刻蝕技術的限制使得器件納米化的發展成為當今電子器件小型化發展的重要制約因素之一。通過新型納米加工技術的研究，克服了傳統光刻技術對尺寸的限制和電子束光刻等在設備和生產速度上的限制，為從宏觀到微觀納米圖形制作開辟了新途徑。

1 新型納米加工技術的基本原理

納米加工技術是為了適應微電子及納米電子技術、微機械電子系統的發展而迅速發展起來的一門加工技術。目前，探索新的納米加工方法和手段已成為納米技術領域中的熱點。隨著納米加工技術的發展，現已出現了多種納米加工技術，新型納米加工技術利用無機納米材料及無機—有機納米復合圖形材料制備納米圖形化掩模，結合納米刻蝕技術實現小于30 nm的圖形結構制備。隨著納米結構圖形尺寸小于100 nm后，不僅縮小了器件的尺寸，而且由于納米尺寸效應的影響，納米器件被賦予了許多新的特性：計算速度更快、存儲密度更高、能耗大大減少等。納米技術的發展也會對生命技術、環境、能源等很多方面都會產生重大影響，具有重大而深遠的意義。

2 新型納米加工技術的內容

根據納米加工技術的發展與應用前景，我們重點研究小于30 nm的納米島、納米錐等圖形加工方法，特別是基于無機納米材料自組裝掩模的納米圖形排布和轉移加工方法。因此，研究內容主要包括兩部分，即納米圖形化掩模的制備和新型納米加工方法的研究。

2.1 納米圖形化掩模的制備

納米材料的圖形化研究；納米材料的表面修飾；納米材料在有機高分子中的均勻分散和圖形化；基底和過渡層的選擇。

2.2 新型納米加工方法和理論的研究

反應離子刻蝕工藝的研究；刻蝕選擇性研究；刻蝕深度以及納米圖形在刻蝕過程中的穩定性的研究；刻蝕機理的研究。

3 新型納米加工技術的方法

3.1 納米材料在不同基底材料表面的大面積有序排布與圖形化控制

有效控制納米材料大面積均勻有序排布，實現多樣化的納米掩模板制作是納米圖形轉移工藝的關鍵步驟之一。近年來，自組裝排布技術在納米材料大面積均勻單層排布中具有廣泛的應用。因此，采用納米材料的自組裝排布技術可以解決納米掩模材料在基底表面的大面積均勻排布問題。此外，圖形化高分子材料在納米加工技術中表現出了豐富的圖形變化。因此，利用納米材料的表面修飾，結合有機圖形化材料，可望獲得更多排列方式和結構的納米圖形掩模，從而獲得更為豐富的納米圖形結構。

3.2 刻蝕過程中納米圖形的穩定性

保持納米圖形在刻蝕過程中的穩定性是實現納米圖形轉移又一關鍵問題之一。這一問題我們從三個方面進行研究。

（1）通過對納米材料和基底表面進行不同的表面修飾，改善納米材料和基底表面的結合力。

（2）利用有機高分子材料的引入，增強納米圖形的穩定性。

（3）通過選擇不同的過渡層來改變納米圖形與基底表面的結合力，從而實現納米圖形在刻蝕過程中的穩定性。

3.3 納米圖形刻蝕形狀與深寬比的控制

納米圖形刻蝕形狀和深寬比對納米加工材料在納米器件中的性質和應用具有決定性的作用。圖形的形狀和深寬比主要取決于納米圖形的穩定性、過渡層的不同以及刻蝕條件等因素。因此，我們將綜合上述因素來研究圖形的形狀和深寬比的控制，通過增強納米圖形的穩定性、選擇不同的過渡層以及刻蝕條件來控制刻蝕的形狀和深寬比，為進一步發展納米刻蝕工藝和制備納米器件奠定基礎。

3.4 不同基底表面納米圖形的分析和表征

硅、氧化硅及太陽能電池用絨面由于柔性基底表面通常導電性較差，因此不能利用掃描電鏡進行分析，我們采用原子力顯微鏡進行測試分析，從而克服柔性襯底的缺點。

4 新型納米加工技術的發展潛力

納米技術是21世紀可能會取得重要突破的三個領域之一。通過新型納米加工技術的研究，利用無機納米材料和無機—有機納米復合材料的自組裝方法實現納米圖形化掩模的制備，同時結合反應離子刻蝕技術實現小于30 nm的納米島、納米錐等圖形陣列的大面積制備和轉移，并對納米材料的排布以及刻蝕加工工藝和機理進行研究。探索納米材料圖形化有序排布的最佳條件以及圖形陣列轉移的最佳刻蝕工藝，為制備高密度、圖形化納米器件奠定理論和實驗基礎。這一研究成果不僅可以廣泛應用于高密度磁存儲介質、懸浮柵和單電子器件的制備，也為克服光刻限制，實現先進的納米刻蝕技術提供新的手段。

隨著納米技術的發展和電子器件小型化的需求，新型的納米加工方法越來越多地引起人們的關注。新型納米加工技術的應用非常廣泛，尤其在一些發達國家，納米加工技術的開發已經得到廣泛的關注并已有多篇專利和文獻被發表。如果不發展納米加工技術，在未來的科技競爭中就可能陷入被動地位。因此開展納米加工技術和方法的研究，不僅可以獲得自主知識產權，而且在未來的科技競爭中也可占據主動。此外，納米加工技術在多個領域具有廣泛的應用，如生物、醫藥、機械、電子等領域。目前世界微納技術的總營業額將近1000億美元，預測未來每年納米技術的市場總額將達15000億美元。

我國近年來對納米加工方面的研究也進行了大力的扶持，很多科研單位將納米加工技術列為重點研究項目，并引進了具有0.13和0.09 mm生產技術能力的大型芯片企業，為提高我國的納米加工技術和芯片制造水平，發展信息產業技術，搶占21世紀納米科學技術的制高點具有不可低估的作用。目前，隨著納米加工技術逐漸產業化和日趨成熟，已經得到市場廣泛認可和接受，其產業化和市場化的前景是十分可觀的。

5 結語

新型納米加工技術的研究已成為21世紀科學技術進步的發展動機。新型納米加工技術是多領域、多學科、多技術的綜合應用，從而實現優勢互補。因此開展納米加工技術和方法的研究，需要各學科研究者的共同努力，才能取得更大的發展。

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