【摘 要】
:
制造所能达到的尺度、精度、维度、速度、保真度是衡量制造能力最重要的指标。极限制造是指把制造能力相关指标推向极限的技术,如极小尺度、极高精度、多维度、高速度、高保真度、极端环境等的制造。高能带电荷粒子束光刻是当今世界分辨率最高、使用最灵活的微纳制造手段,在物理学、材料科学、纳米电子学、通讯、防伪等领域有着广泛的应用。随着产业需求和基础研究的不断深入,高能带电粒子束极限制造研究成为近年来的研究热点。然
论文部分内容阅读
制造所能达到的尺度、精度、维度、速度、保真度是衡量制造能力最重要的指标。极限制造是指把制造能力相关指标推向极限的技术,如极小尺度、极高精度、多维度、高速度、高保真度、极端环境等的制造。高能带电荷粒子束光刻是当今世界分辨率最高、使用最灵活的微纳制造手段,在物理学、材料科学、纳米电子学、通讯、防伪等领域有着广泛的应用。随着产业需求和基础研究的不断深入,高能带电粒子束极限制造研究成为近年来的研究热点。然而,高能带电粒子束光刻面临着分辨率远大于束斑尺寸、图形转移精度差、高深宽比结构加工难、加工速度慢、湿法显影容易造成目标材料损伤等问题。针对上述挑战,本论文致力于把高能带电粒子束光刻能力推向极限为目标,提出了系列提升高能带电粒子束光刻的制造尺度、精度、速度、保真度等能力的新工艺,并结合实验与仿真分析,开展了相关的物理机理与应用研究。具体研究内容如下:(1)通过高能单重离子对无机光刻胶HSQ进行光刻,获得了平均直径约2.5 nm的极小尺度高深宽比结构,突破了传统电子束光刻所能达到的极限。通过蒙特卡洛模拟、数值计算和对比实验深入研究了高能单重离子光刻及高分辨率的物理机理,为开发极高分辨率光刻装备,评价光刻胶极限分辨率提供了新思路。(2)提出了“共形填充、SOG平坦化及离子束抛光减薄”的高保真图形转移新工艺,获得了保真度、表面粗糙度和器件性能均优于传统加工方案的微纳结构,进而展示了其在光学滤波和折射率传感等领域的应用。并通过原子层沉积与力学剥离的手段实现了传统方案难以实现的自对准异质金属10 nm级纳米间隙结构的可靠制备,为制备极高形状精度和位置精度的微纳结构提供可行的解决方案。(3)受剪纸技术的启发,提出了抗蚀剂剪纸策略,实现了晶圆级多尺度微纳结构的极高效率加工,如加工半径为400(?)m的跨尺度圆盘,其加工效率比传统方案可提高近万倍。通过力学测量与仿真分析,探究了其力学机制,并基于抗蚀剂剪纸策略高效、高精度、低损伤加工的优势展示了其在光学超透射(EOT)、表面增强拉曼散射(SERS)和二维材料晶体管等领域的应用。该策略突破了高能带电粒子束因逐点制造而效率极低的瓶颈,极大地提高了加工效率和加工精度,实现了传统方案难以实现的独特结构,扩展了光刻技术的能力,并将在高效制造多尺度功能结构方面发挥重要作用。(4)从光刻的本质出发,提出了力学光刻新范式和力学光刻胶新概念。实现了功能材料,如金属、半导体、氧化物、聚合物、量子点等材料的力学光刻图形化加工,并通过实验与仿真研究了力学光刻的机理。基于力学光刻胶的新原理开发了芦荟汁力学光刻胶,实现了钙钛矿量子点高保真的复杂构图。该工作革新了光辐照引起光刻胶溶解度变化得到图案化的传统范式,实现了辐照引起界面力学性能变化从而实现图案化的新范式,为超灵敏材料的高保真加工、新的光刻胶开发和实现全真空一站式微纳加工打开了一扇新窗户。通过高能带电粒子束极限制造新工艺及应用研究,本论文针对传统光刻过程中面临的尺度、精度、速度、极端条件等关键问题上提出了系列原创的方案,一定程度上推动了光刻技术的发展,对高分辨电子束光刻和高能单重离子光刻的应用具有极大的指导意义。
其他文献
光电探测器是一种可以将光信号转换为电信号的器件。在我们的日常生活、工业生产和国防军事等领域,光电探测器都有广泛的用途,包括图像传感、医疗检测、工业仪器自动控制和红外成像等。近年来,随着新材料的合成和器件加工技术的发展,单个光电探测器的性能指标都在快速的提高,如:响应度、探测率、响应速度、信噪比和探测范围等。同时,新一代信息技术产业的发展促使信息采集的深度和广度不断提升,单像素光电探测器不能满足这一
苏云金芽孢杆菌(Bacillus thuringiensis,Bt)产生的杀虫晶体蛋白可以特异性杀死多种农业害虫而不会对非靶标生物或环境造成影响。因此,Bt生物制剂和转基因Bt作物已被广泛应用于害虫防治。然而,田间不同害虫已发展出对Bt制剂或Bt作物的高水平抗性,严重威胁Bt生物技术产品的可持续应用。小菜蛾(Plutella xylostella(L.))是一种全球性的为害十字花科作物的害虫,也是
微卫星序列(Microsatellites)是以1-6个碱基对(base pair,bp)为重复单元组成的一类短串联重复序列(Short Tandem Repeats,STRs),在真核、原核生物甚至是病毒基因组的各个位置上都有广泛分布。微卫星序列最初被认为是垃圾序列,而近几十年来,越来越多的研究发现微卫星序列具有各种重要的生物学功能,但目前人类基因组上微卫星序列的相关研究还是极少,所以迫切需要对
肿瘤来源外泌体(Exosomes,Exos)在肿瘤的发生发展、肿瘤转移、免疫反应抑制、血管生成等生理过程发挥重要作用,因此,对肿瘤外泌体的分析和检测将有助于肿瘤的早期诊断、疗效评估和预后分析。然而,目前已发展的肿瘤外泌体检测方法仍存在灵敏度低、特异性不强、准确度差、成本高等亟待解决的诸多关键科学问题。本文以发展肿瘤外泌体高灵敏、高特异性和高准确性的检测新方法为目标,利用DNA碱基互补配对原则和双螺
烟粉虱Bemisia tabaci(Gennadius)(Hemiptera:Aleyrodidae)是世界性分布的重大农业害虫,主要通过直接刺吸取食叶片和间接传播植物病毒病如番茄黄化曲叶病毒(tomato yellow leaf curl virus,TYLCV)危害,严重威胁作物生产。在烟粉虱众多生物型中,B和Q型烟粉虱入侵性最强,为害最严重。植物细胞响应外界刺激而产生的钙离子(calcium
改革开放40多年来,得益于经济活动在空间上的有效集聚,中国经济获得了持续快速增长。进入新时代,随着京津冀协同发展、长江经济带发展、粤港澳大湾区建设等一系列区域发展战略的扎实推进,中国经济活动的空间集聚过程将得到进一步强化和凸显。在中国经济社会取得重大发展成就之时,人们对健康安全和生活质量的重视程度随之提升,加之甲型流感、埃博拉出血热、新冠病毒肺炎等国际流行病暴发频率也在不断增加,公共健康问题备受社
药品及个人护理品(Pharmaceutical and Personal Care Products,PPCPs)是一类具有高度化学稳定性、强生物活性以及潜在毒性的有机物。环境持久性和生物聚集性使得PPCPs会通过生态循环不断富集到生物体中而导致生物体器官病变甚至引发恶性肿瘤。因此,探索水中PPCPs高效去除方法对保障人类饮水安全以及保护生态环境具有重要意义。高级氧化技术(Advanced Oxi
开放式基金经过近20年的不断发展,已成为我国机构和个人主要的投资工具之一。尽管相关制度和市场架构趋于完善,但其发展仍存在一些不可忽视的问题,例如,现行基金管理费制度一直被诟病无法有效达到对基金经理的激励作用,进而对投资者行为产生潜在的负面影响。基金管理费是基金管理公司向基金经理支付的报酬,是针对基金经理的主要激励方式。尽管该费用由管理公司直接支付,但实际承担人为投资者,因此投资者高度关注基金管理费
苎麻(Boehmeria nivea L.)是我国传统特色经济作物,为纤维纺织、生态治理、生物能源、新型材料、传统医药等领域提供重要物质保障。作为苎麻生长发育的关键影响因子,土壤水分和氮素的供给在农田、作物、分子层面均存在显著的互作关系。农业领域对作物水氮的综合调控基于作物响应水氮互作的生理基础与特征。在当前全球气候变化加剧、精细农事调控的背景下,水氮互作发生的频度和强度不断提升,对深入了解作物响
随着网络技术的飞速发展,多媒体数据(如图像、视频等)在用户之间的传播与共享越来越便捷。然而,由于全社会对数字化技术的依赖,数据安全问题也引起了人们的广泛关注和重视。在某些应用中,通过互联网或其它信道发送的图像数据(如个人电子相册、敏感的医疗图像和军事图像等)必须受到保护,以免被未经授权的人员窃听、拦截以及篡改,从而造成无法估量的损失。因此,图像在网络中的安全传输与存取问题越来越受到人们的重视,已经