微纳米测量与工艺
微纳米技术的基础原理和应用
微纳米技术的基础原理和应用随着科技的不断发展，微纳米技术已经成为了一种新兴的技术，其应用领域也越来越广泛。
微纳米技术主要是研究微米和纳米级别下物质的性质，提高微纳米级制造工具和设备的制造工艺和性能，从而实现微纳米级别的制造和加工。
本文将会介绍微纳米技术的基础原理和应用。
微纳米技术的基础原理微纳米技术的基础原理主要是围绕着微米和纳米级别下的物理现象和物理性质进行研究的。
在微米和纳米级别下，物质的特性会发生一些明显的变化，比如光学、热学、力学、电学等方面的性质。
这些特性的变化与微米和纳米尺度下的结构和构成有关。
因此，微纳米技术的基础原理主要包括微米和纳米级别下的物理现象和物理性质研究、微观结构和材料的制备和加工技术、微纳米级设备和器件的制造技术。
微米和纳米级别下的物理现象和物理性质研究是微纳米技术的重要基础。
在微米和纳米级别下，物质内部的结构和组成与传统尺度下的物质有很大的差别，因此物质发生的各种性质也会有很大的差别。
比如，在纳米尺度下，如何极化与机械耦合的问题就成为了一个重要的问题。
而在微观尺度下，具有高的电场强度和电容率的压电材料就变得更为重要。
在这些方面的研究，是推动微纳米技术发展的关键。
微观结构和材料的制备和加工技术是微纳米技术的重要组成部分。
微观结构和材料的制备和加工技术包括各种制备和加工工艺，如化学方法、物理方法、电学和光学方法等。
这些方法和工艺可以制备出各种微纳米级的结构和材料，如二维和三维纳米结构、纳米粒子、纳米管等等。
这些结构和材料具有特殊的物理和化学性质，具有广泛的应用前景。
微纳米级设备和器件的制造技术是微纳米技术的另一个重要组成部分。
微纳米级设备和器件是指一些微型化和集成化的设备和器件，主要包括传感器、微流体器件、微波器件、光学器件、生物芯片等等。
微纳米级设备和器件制造技术包括微纳米加工、器件组装和封装、器件测试和检测等方面技术。
这些技术的发展，可以大大提升微纳米级设备和器件的性能，同时也可以为一些新型的应用领域提供支持。
微测量技术方法及应用
微测量技术方法及应用微测量技术是指对微观尺度下的特征和物理量进行测量的技术。
随着微电子技术和纳米技术的发展，微观领域的测量需求逐渐增加，因此微测量技术得到了广泛应用。
微测量技术主要依靠先进的仪器设备和精密的测量方法，可以对微观领域中的尺寸、形态、位置、应力、电磁场、温度、压力等多种物理量进行测量。
微测量技术的方法主要包括光学测量、力学测量、电学测量、热学测量和化学测量等。
光学测量是微测量技术中常用的一种方法，包括激光干涉测量、扫描电子显微镜、原子力显微镜等。
激光干涉测量是一种非接触式测量方法，可以实现对微观尺寸和形态的测量。
扫描电子显微镜能够扫描表面形貌，并能够对物体进行放大观察，可以用于微观形貌的测量。
原子力显微镜可以通过探针对样品表面进行扫描，探测器能够感知到样品表面的微弱力变化，从而实现对微观物体尺寸、形貌和电荷的测量。
力学测量方法主要包括纳米压痕、纳米力学探针等。
纳米压痕是一种采用纳米硬度计对材料进行压痕测试的方法，可以获得材料的硬度和弹性模量等力学性能参数。
纳米力学探针则通过控制探针对物体表面施加力，测量物体表面力-位移曲线，进而分析物体的弹性行为。
电学测量方法包括微电子器件的电性测量和量子点测量等。
微电子器件的电性测量可以通过测试器件的电学特性来评估器件的性能，包括电流、电压、电阻、电容、电感等参数。
在纳米尺度下，量子点测量能够实现对载流子的量子效应和电磁场等的测量。
热学测量方法主要包括纳米热电测量、纳米热断层显微镜等。
纳米热电测量是利用热电效应对样品进行测量的方法，通过测量样品产生的微小电压或电流来获得样品的温度或温度差。
纳米热断层显微镜则是一种通过红外辐射来观测样品热辐射分布的方法，可以实现对纳米尺度下样品温度的测量。
化学测量方法主要包括光谱学、电化学测量等。
光谱学通过测量物质对电磁波的吸收、散射、发射等来研究物质的性质和结构。
电化学测量则是利用物质在电极上的电化学反应来实现对物质成分和电化学参数的测量。
微纳米加工技术及其应用
绪论1：纳米技术是制造和应用具有纳米量级的功能结构的技术，这些功能结构至少在一个方向的几何尺寸小于100nm。
2：微纳米技术包括集成电路技术，微系统技术和纳米技术；而微纳米加工技术可获得微纳米尺度的功能结构和器件。
3：平面集成加工是微纳米加工技术的基础，其基本思想是将微纳米机构通过逐层叠加的方式筑在平面衬底材料上。
（类似于3d打印机？）4：微纳米加工技术由三个部分组成：薄膜沉积，图形成像（必不可少），图形转移。
如果加工材料不是衬底本身材料需进行薄膜沉积，成像材料的图形需转化为沉积材料的图形时需进行图形转移。
（衬底材料，成像材料，沉积材料的区别和联系）5：图形成像工艺可分为三种类型：平面图形化工艺，探针图形化工艺，模型图形化工艺。
平面图形化工艺的核心是平行成像特性，其主流的方法是光学曝光即“光刻“技术；探针图形化工艺是一种逐点扫描成像技术，探针既有固态的也有非固态的，由于其逐点扫描，故其成像速度远低于平行成像方法；模型图形化工艺是利用微纳米尺寸的模具复制出相应的微纳米结构，典型工艺是纳米压印技术，还包括模压和模铸技术。
6：微米加工和纳米加工的主要区别体现在被加工结构的尺度上，一般以100nm 作为分界点。
光学曝光技术1：光学曝光方式和原理可分为掩模对准式曝光和投影式曝光。
其中，掩模对准式曝光又可分为接触式曝光和邻近式曝光，投影式曝光又可分为1∶1投影和缩小投影（一般为1∶4和1∶5）。
接触式曝光可分为硬接触和软接触。
其特点是：图形保真度高，图形质量高，但由于掩模与光刻胶直接接触，掩模会受到损伤，使得掩模的使用寿命较低。
采用邻近式曝光可以克服以上的缺点，提高掩模寿命，但由于间隙的存在，使得曝光的分辨率低，均匀性差。
掩模间隙与图形保真度之间的关系W=k√其中w为模糊区的宽度。
掩模对准式曝光机基本组成包括：光源（通常为汞灯），掩模架，硅片台。
适用范围：掩模对准式曝光已不再适用于大规模集成电路的生产，但却广泛应用于小批量，科研性质的以及分辨率要求不高的微细加工中。
微纳米测量与工艺
E = 1P E = 1S
ϕ1P − ϕ1S = 2 P − π / 2
椭圆偏振法原理
反射线偏光的获得
X’ E’P
′ / ES ′ EP tgψ = E1P / E1S
′ − ϕS ′ ) − (ϕ1P − ϕ1S ) ∆ = (ϕ P
MEMS Lab－超净间
黄光区 腐蚀清洗区 等离子区 炉管区 测试区
MEMS Lab－超净间
黄光区 腐蚀清洗区 等离子区 炉管区 测试区
电感 耦合 高频 等离 子体 （ICP）
MEMS Lab－超净间
黄光区 腐蚀清洗区 等离子区 炉管区 测试区
1.干氧: O2+si --> sio2 2.湿氧: H2O + Si -->sio2 + 2H2
d = T DSiO2 t
DSiO2 « DSi 足够的厚度
二氧化硅薄膜
薄膜质量检测
厚度测量
辨色法 干涉法 椭圆偏振法
缺陷检测
表面观察法 化学腐蚀法
金属薄膜
制作工艺和用途
导线，电极，焊盘；掩膜 蒸发，溅射
薄膜质量检测
厚度测量
称重法 电阻法 台阶法 椭圆偏振法 表面观察法
[110] 45° {110}n型 [100]
[110] [100]
{110}p型
MEMS器件原理与制造工艺
MEMS器件原理与制造工艺MEMS（Micro-Electro-Mechanical System）是微电子机械系统的缩写，指的是一类结合了微纳米技术、电子技术和机械技术的微型器件。
MEMS器件包括传感器、执行器以及微型系统等。
本文将介绍MEMS器件的基本原理和制造工艺。
一、MEMS器件的原理MEMS器件的原理基于微纳米加工技术，通过集成微型传感器、执行器和电子元件，实现对微小物理量、力、压力、加速度等的感知、测量和控制。
MEMS器件具有体积小、功耗低、响应速度快等特点，广泛应用于传感器、机械器件和微型系统等领域。
下面将以压力传感器为例，介绍MEMS器件的工作原理。
压力传感器是一种常见的MEMS器件，用于测量流体或气体的压力。
它由微机械薄膜、电桥电路和信号处理电路组成。
当被测介质施加压力时，微机械薄膜会发生微小的形变，形变量与压力成正比。
通过电桥电路测量薄膜的形变，进而获得被测介质的压力信号。
信号处理电路对测得的信号进行放大、滤波和数字化处理，得到最终的压力数值。
二、MEMS器件的制造工艺MEMS器件的制造工艺主要包括悬浮结构制备、薄膜沉积、刻蚀工艺以及封装等环节。
下面将依次介绍这些工艺的基本流程和具体步骤。
1. 悬浮结构制备悬浮结构是MEMS器件的核心部分，它由薄膜材料构成，常用的材料有硅、氮化硅和聚合物等。
悬浮结构的制备通常采用微纳米加工技术，包括光刻、薄膜沉积和刻蚀等步骤。
首先，通过光刻技术在硅片上制作出所需的器件形状和结构图案。
然后，使用薄膜沉积技术在硅片表面沉积薄膜材料。
最后，利用刻蚀技术去除多余的薄膜材料，形成悬浮结构。
2. 薄膜沉积薄膜沉积是MEMS器件制造中的关键步骤，它用于制备悬浮结构和电子元件等。
常用的薄膜沉积技术有物理气相沉积（PVD）、化学气相沉积（CVD）和溅射沉积等。
这些技术能够在硅片表面沉积金属、氧化物和聚合物等不同种类的薄膜材料，以满足不同器件的要求。
3. 刻蚀工艺刻蚀是MEMS器件制造中的重要步骤，用于去除多余的薄膜材料，形成所需的结构和孔洞。
微纳结构的光学与输运测量技术
微纳结构的光学与输运测量技术在微观与纳米的奇妙世界里，微纳结构就像是隐匿在微观宇宙中的神秘精灵，小巧却蕴含着巨大能量，操控着超乎想象的物理特性。
而要想揭开这些精灵的神秘面纱，精准洞悉它们的一举一动，微纳结构的光学与输运测量技术可就派上大用场了，这简直是科学界打开微观宝藏大门的“金钥匙”。
光学测量技术，听着就科技感满满，实操起来更是妙趣横生。
拿显微镜来说，普通光学显微镜就像是个近视的侦查兵，碰上微纳结构，好多细节都瞅不清，干着急没办法。
这时候，荧光显微镜闪亮登场，它给微纳结构染上绚丽的荧光“颜料”，原本低调、隐匿的结构瞬间变得光彩夺目，辨识度拉满。
想象一下，漆黑的夜里，你想找一颗藏在草丛里的小宝石，普通手电筒晃悠半天毫无头绪，换上能发射特殊光线的荧光灯，宝石立马闪闪发光，一目了然。
科学家们利用荧光显微镜，锁定微纳结构的精确位置，观察其形态变化，一点点拼凑出微观世界的全貌。
还有光谱技术，堪称微纳结构的“身份识别器”。
不同的微纳结构，就跟性格各异的人似的，有着独一无二的光谱“指纹”。
通过分析反射光、透射光的光谱信息，科学家能迅速判断这是啥材料、啥结构，内部化学键是怎么排列组合的。
好比警察通过指纹识别罪犯，光谱技术让微纳结构无所遁形。
研究纳米材料的光学性质时，光谱数据一出来，材料的能带结构、能级跃迁情况尽收眼底，为后续性能优化、功能拓展夯实基础。
聊完光学，再看看输运测量技术，这可是深挖微纳结构电学“家底”的利器。
电子在微纳结构里穿梭，就像一群忙碌的小蚂蚁搬家，路线、速度、流量，处处都是学问。
四探针法是行业里的“老大哥”，稳稳当当往微纳材料上戳四根探针，通电、测电压，精准算出材料的电阻率，误差小到可以忽略不计。
做半导体芯片研发的时候，工程师得靠它把关材料导电性，电阻率不合规，芯片性能直接“翻车”，那可不得了。
扫描隧道显微镜（STM）更是一绝，探针针尖距离微纳结构表面近到极致，电子玩起“量子隧穿”的神奇把戏，形成微弱电流。
微纳米机器人制造方法
微纳米机器人制造方法引言：微纳米机器人是一种迷你型的机器人，尺寸通常在微米到纳米级别之间。
微纳米机器人具有广泛的应用前景，如医学领域的药物输送、疾病诊断和治疗，以及纳米制造等领域。
本文将重点介绍微纳米机器人的制造方法，包括制造材料、制造工艺和制造技术等方面的内容。
一、制造材料微纳米机器人的制造材料是制备微纳米机器人的基础。
目前常用的制造材料包括金属、聚合物和生物材料等。
1. 金属材料金属材料具有良好的导电性和机械强度，适用于制造微纳米机器人的电子元件和结构部件。
常用的金属材料有金、银、铜和铝等。
2. 聚合物材料聚合物材料具有良好的可塑性和可加工性，适用于制造微纳米机器人的机械部件和外壳。
常用的聚合物材料有聚乙烯、聚丙烯和聚四氟乙烯等。
3. 生物材料生物材料具有生物相容性和仿生性，适用于制造微纳米机器人的生物传感器和药物输送系统。
常用的生物材料有蛋白质、DNA和细胞等。
二、制造工艺微纳米机器人的制造工艺是实现微纳米尺度下制造精度的关键。
常用的制造工艺包括光刻、电子束曝光和纳米压印等。
1. 光刻光刻是利用光敏材料的光化学反应进行微米级或亚微米级图案转移的工艺。
通过光刻工艺可以制备微纳米机器人的电路和结构。
2. 电子束曝光电子束曝光利用电子束的聚焦和控制技术进行纳米级图案转移的工艺。
通过电子束曝光工艺可以制备微纳米机器人的高分辨率结构和器件。
3. 纳米压印纳米压印利用模具的纳米级图案进行压印，将图案转移到基板上的工艺。
通过纳米压印工艺可以制备微纳米机器人的纳米结构和纳米材料。
三、制造技术微纳米机器人的制造技术是实现微纳米机器人组装和操作的关键。
目前常用的制造技术包括自组装技术、纳米操作技术和纳米测量技术等。
1. 自组装技术自组装技术利用物质之间的相互作用力，使微纳米尺度下的组分自动形成有序的结构。
通过自组装技术可以实现微纳米机器人的组装和排列。
2. 纳米操作技术纳米操作技术利用纳米级操作工具对微纳米尺度下的物体进行操控和操作。
浅谈精密测量技术现状及发展
浅谈精密测量技术现状及发展精密测量技术作为现代制造业的一项重要基石，正在快速发展。
其主要应用于机械、自动化、航空航天、电子等领域，对于提高产品性能、保证质量、提高生产效率具有不可替代的作用。
目前，随着工业技术的进步和精度要求的提高，精密测量技术也在不断完善和更新。
本文将就精密测量技术现状及发展做一浅谈。
一、现状精密测量技术的主要特征是精度高、重复性好、稳定性强以及可靠性高等。
而当前精密测量技术发展的主要趋势如下：1、自动化测量自动化测量是近年来精密测量技术快速发展的一个重要趋势。
自动化测量可以提高测量的效率和准确性，降低测量的成本和误差率。
自动化测量涉及到数据采集、传输、处理和分析等方面的技术，包括计算机视觉、机器人技术、自动控制技术、信号处理技术等。
2、光学测量光学测量是一种非接触式的测量方法，具有测量速度快、操作简便、精度高等特点。
光学测量主要包括三角测量、干涉测量、激光测量等方法。
在光学传感器方面，高精度测量技术的发展也为光学测量提供了重要支持。
3、微纳米测量微纳米测量是指测量微观和纳米级别的物体尺寸、形状、相对位置等特征的技术，其应用范围涵盖了半导体、生物医学、信息、新能源、材料等领域。
微纳米测量的主要手段包括扫描探针显微镜、原子力显微镜、扫描电子显微镜等。
4、多物理场测量多物理场测量是指同时测量多个物理量的测量方法，如温度、压力、电场强度、磁场等。
它不仅可以提高测量的效率和准确性，还可以提升数据的可靠性和精度。
常用的多物理场测量技术包括电磁散射、红外成像、强子比传感器等。
二、发展趋势在未来的发展趋势中，精密测量技术将主要呈现以下几个方向：数字化精密测量是指利用数字技术和计算机技术实现测量过程的自动化、数字化和信息化。
数字化精密测量可以提高测量的效率和准确性，并减少测量的误差率。
同时，数字化测量还可以方便实现数据存储、处理和分析等工作。
2、无损检测技术无损检测技术是指在不破坏被测物体的前提下，通过检测被测物体内部和表面的缺陷、杂质、变形等信息，以确定被测物体的性能和可靠性。
微纳米及其加工技术
纳米技术的应用
纳米技术应用的领域 纳米生物医学 纳米电子学、 纳米材料学、 纳米机械学、 纳米化学 其他方面……
纳米生物学
纳米生物学：是从微观的角度来观察生命现
象、并以对分子的操纵和改性为目标的。可以 利用纳米加工技术，按照分子设计的方法合成、 复制成各种用途的生命零件。
微执行器
微型构件
微机械光学器件
外部 信息 真空微电子器件
电力电子器件
信号处理的集成电路
微机械的设计方法--新的设计概念（1）
开发微机械必须建立新的设计概念 ：
• 尽量设计无摩擦结构，不出现旋转关节，因为所有的旋 转关节都有摩擦力 （因为微机械尺寸很小，摩擦力超 过了其它的力，控制了系统的运动 。）
由于STM中针尖和样品表面的 距离非常近，当在两者之间施加 脉冲电压时，将在针尖和样品的 间隙内生成电场。样品表面的原 子在强电场的作用下，将被吸附 到针尖端部，在表面层上只留下 空穴;同样，针尖上的原子物质 也可以转移到样品表面层上，从 而实现了针尖与样品之间物质的 交换。
Cantilevers
DNA开关
纳米医学的应用——纳米机器人
研究纳米技术在生命医学上 的应用，可以在纳米尺度上 了解生物大分子的精细结构 及其与功能的关系，获取生 命信息。
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纳米电子学
大规模集成电路的制造已经进入了微米和亚 微米的量级。在纳米尺度上，由于电子的波 动性质而呈现各种量子效应，使得电子器件 已无法按照通常的要求进行工作。纳米电子 学正是面对这种挑战而诞生的。
• 在我们身边有很多毫米级的昆虫，它们是开发基于昆虫 模型机械的基础。
微机械的设计方法--新的设计概念（2）
开发微机械必须建立新的设计概念 ：
微米纳米技术是指研究尺度在微米纳米范围的技术解读
绪论微米纳米技术是指研究尺度在微米纳米范围的技术，包括系统、器件及相应的材料与加工技术。
特点：1．多数微米纳米系统、器件会保持宏观基本性质，这就为大型器件和系统微小型化提供了空间，而微小型化会带来占用空间、能量消耗、材料耗费、应用范围等方面的巨大好处2．一些微米纳米尺度的系统、器件、材料具有宏观不具备的一些特殊性质，产生前所未有的新功能3．在微米纳米尺度上的科学研究还进行得很少，已有研究一般都停留在现象上，有关加工、操作和理论上的研究涉及较少4．理论有别于宏观理论和微观理论，为科学研究留下较大空间5．加工方式特殊6．交叉性和渗透性强7．应用广泛MEMS是将热、光、磁、化学、生物等结构和器件通过微电子工艺及其他微加工工艺加工到芯片上，并通过与电路的集成乃至相互之间的集成组成复杂的微型系统。
特点：1．微小结构。
体积小重量轻2．智能化3．交叉性与渗透性4．具备集成电路的一些特点，如批量化、低成本等纳米技术的分类：纳米电子学、纳米材料、纳米结构、NEMS纳机电系统、纳米操作和纳米制造、纳米结构的检测与表征。
当把微机电系统的特征尺寸缩小到100纳米以下变成了纳机电系统，其特点是尺寸更小、质量更小、更灵敏精确、更低功耗，可用于精密测量，机械结构更高的固有频率，但噪声大，加工难度大。
对社会的影响：新型材料、生物与医学、能源、环境、国土安区和反恐、科学发展微纳米技术的应用微纳力学传感器包括微惯性、压力传感器、应变力传感器、触觉传感器、微麦克风等。
压力传感器把压力转换成电信号输出的传感器，分为绝对压力传感器和差压传感器。
压力传感器应用早且广泛，是目前MEMS最大的市场之一，早期用于汽车发动机的进气管绝对压力（MAP）测量，另一个重要的应用是检测轮胎压力,其他的应用包括血压计、工业控制、环境监测等方面。
微型惯性传感器包括加速度计和陀螺，是利用物体的惯性来测量物体运动情况的一类传感器。
加速度计稳态条件下即已知质量块的位移就可以知道外界的加速度。
微纳米测量技术实验指导书
机械工程学科应用型研究生综合实验实验指导书（微纳米测量技术分册）王景贺主编赵学增主审机电工程学院2013年1月目录实验一超精密加工表面的微观形貌检测 (1)实验1.1非球面测量系统认知实验 (1)实验1.2非接触白光干涉仪认知实验 (3)实验1.3原子力显微镜 (5)实验二超精密加工表面的机械力学特性检测 (20)实验一 超精密加工表面的微观形貌检测实验1.1非球面测量系统认知实验一、实验目的了解非球面测量系统的基本构造及工作原理，明确仪器的适用范围。
二、仪器概述Form Talysurf PGI 1240非球面测量系统，如图1-1所示，是由英国Taylor Hobson 公司研发的高测量精度仪器，其纵向分辨率达到了亚纳米级，可用于通用测量、轴承测量和光学非球面测量，借助该公司自行开发的基于PC 的测量数据分析软件µltra Windows ®可完成非球面形状参数和粗糙度参数的分析等。
该测量系统的主要性能参数，详见表1-1。
基座X 驱动箱立柱控制柜（内有控制器及计算机主机）运动控制杆打印机图1-1 Form Talysurf PGI 1240轮廓仪表1-1 Form Talysurf PGI 1240相关性能参数三、仪器的工作原理偏折棱镜柱面棱镜半波片输出分光镜分光棱镜止推轴承a)实物图 b)内部原理图图1-2 PGI 式触针传感器 Form Talysurf PGI 1240与其它触针式表面轮廓仪一样，是由工作台、驱动器、传感器、触针、数据采集器等主要部件组成。
其中的传感器是轮廓仪的最主要部件之一。
传感器的类型可分为电感式、电容式、压电式、干涉式及光栅式等。
Form Talysurf PGI 1240采用了相位光栅干涉式(PGI, Phase Grating Interferometric)触针传感器。
传感器实体如图1-2 a) 椭圆内所示，测量原理图如图1-2 b) 所示，PGI 主要由一个曲面衍射光栅组成，它装在测杆的尾端，以使其轴线和止推轴承轴线一致。
光刻工艺中的微纳米结构过程质量监测技术
光刻工艺中的微纳米结构过程质量监测技术光刻工艺是一种制备微纳米结构的重要工艺，被广泛应用于半导体、光学器件、生物传感等领域。
在微纳米结构的制备过程中，光刻工艺的过程质量监测至关重要。
本文将介绍一些常用的微纳米结构过程质量监测技术，并探讨其在光刻工艺中的应用。
第一节：显微镜检测技术显微镜检测技术是光刻工艺中常用的一种质量监测技术。
通过显微镜观察样品表面的微纳米结构，可以对其表面形貌、纹理、图案等进行直观的检测和分析。
常用的显微镜检测技术包括光学显微镜、扫描电子显微镜（SEM）等。
光学显微镜适用于表面结构的宏观观察，能够提供高分辨率、高对比度的图像。
而SEM技术则可以提供更高的分辨率，观察微米乃至纳米级的结构，同时还可以对样品表面进行成分分析、形貌表征等。
通过显微镜检测技术，可以直观地了解光刻工艺中微纳米结构的形貌及制备情况。
第二节：红外光谱技术红外光谱技术在光刻工艺中的微纳米结构过程质量监测中起到重要作用。
通过分析样品在红外波段的吸收谱线，可以得到样品的组成及结构信息。
红外光谱技术可以检测样品表面或材料内部的化学键、官能团等信息，从而对微纳米结构的制备过程进行监测。
红外光谱技术灵敏度高、分辨率高，可以对所需监测的化学键进行定量检测。
通过红外光谱技术，可以及时监测光刻过程中的化学反应情况，并根据光谱数据进行调整，以优化微纳米结构的制备质量。
第三节：表面等离激元共振技术表面等离激元共振技术是一种基于纳米金属结构的传感技术，可以用于表征微纳米结构的形貌和光学性质。
通过制备一些特殊结构的金属超表面，可以激发表面等离激元共振效应，实现对微纳米结构的监测。
表面等离激元共振技术对样品表面的局域电磁场敏感，可以通过改变样品的结构、厚度等参数，实现微纳米结构的质量监测。
通过表面等离激元共振技术，可以实现对微纳米结构的形貌、尺寸和光学特性等方面的监测。
第四节：拉曼光谱技术拉曼光谱技术是一种利用激光与物质相互作用而产生的拉曼散射光谱进行表征的技术。
mems流片过程
mems流片过程MEMS流片过程一、引言MEMS（Microelectromechanical Systems）是一种将微纳米尺度的机械元件与电子技术相结合的技术，广泛应用于传感器、微型执行器等领域。
而MEMS流片则是一种将MEMS器件进行量产的工艺过程。
本文将介绍MEMS流片的基本过程和注意事项。
二、MEMS流片的基本过程1. 设计和模拟在进行MEMS流片之前，首先需要进行器件的设计和模拟。
设计包括结构设计、电路设计等，模拟则是通过计算机仿真等手段对器件的性能进行评估和优化。
2. 掩膜制作掩膜制作是MEMS流片过程中的关键步骤之一。
通过在硅片表面涂覆光刻胶，然后使用掩膜对光刻胶进行曝光和显影，形成所需的图案。
掩膜是一种特殊的光刻胶模板，可以通过光刻技术将图案转移到硅片上。
3. 腐蚀加工腐蚀加工是将掩膜上的图案转移到硅片上的关键步骤。
通过将硅片浸泡在腐蚀液中，腐蚀液会溶解掉未被光刻胶保护的硅片区域，形成所需的结构。
腐蚀加工可以利用湿法腐蚀或干法腐蚀的方式进行。
4. 清洗和包封在腐蚀加工完成后，需要对硅片进行清洗，去除腐蚀液和光刻胶残留物。
清洗可以使用超声波清洗等方式进行。
清洗完成后，还需要对MEMS器件进行封装，以保护器件免受外界环境的影响。
5. 测试和调试最后一步是对流片后的MEMS器件进行测试和调试。
通过连接电路和外部设备，对器件的性能进行测试和评估。
测试包括电性能测试、力学性能测试等，以确保器件达到设计要求。
三、MEMS流片的注意事项1. 控制工艺参数MEMS流片过程中的工艺参数对器件的性能和品质有着重要影响。
因此，在进行流片前，需要对工艺参数进行合理的选择和优化，以确保器件的性能和稳定性。
2. 防止污染在MEMS流片过程中，硅片容易受到污染，从而影响器件的性能。
因此，在流片过程中需要严格控制环境，避免尘埃和杂质的侵入。
3. 避免机械损伤MEMS器件具有微纳米尺度的结构，非常脆弱。
在流片过程中，需要避免机械损伤，如碰撞、摩擦等，以免破坏器件结构。
微纳工艺技术
微纳工艺技术微纳工艺技术是一种应用于微纳米器件制备的工艺技术，它的核心思想是通过精确控制和处理微纳米尺度的材料和结构，从而获得优异的性能和特殊功能。
微纳工艺技术已经在电子、光电子、纳米材料等领域取得了重要进展，并广泛应用于传感器、集成电路、MEMS等器件的制造。
微纳工艺技术的基本流程包括三个关键步骤：光刻、薄膜沉积和微纳米加工。
光刻是通过光刻胶和光刻机将需要的图形模式转移到基片表面的过程。
薄膜沉积是指将各种材料的薄膜沉积在基片表面。
微纳米加工是通过一系列的物理、化学和生物学处理，去除或改变薄膜材料，形成所需要的结构和功能。
微纳工艺技术的核心是精确控制和调节材料在微纳米尺度上的物理、化学和形态特征。
其中的关键技术包括：纳米颗粒合成、纳米线的生长、纳米键合和纳米尺寸的测量。
这些技术不仅要求能够控制材料的尺寸和形状，还要能够调节材料的表面性质和结构。
微纳工艺技术在电子器件制造方面的应用非常广泛。
例如，现代集成电路制造中，微纳工艺技术被用来制造纳米级别的晶体管和电容器，从而使得集成电路的性能大幅提升。
此外，微纳工艺技术还可以用来制造光电子器件，如光纤通信中的光纤放大器和光路开关等。
除了电子领域，微纳工艺技术还在生物领域产生了重要的应用。
例如，微纳工艺技术可以用来制造微流控芯片，实现对生物样品的精确操控和检测。
此外，微纳工艺技术还可以用来制造纳米生物传感器，实现对生物分子的高灵敏度检测，从而在医学和生物学研究中发挥重要作用。
微纳工艺技术的发展离不开先进的设备和工艺。
例如，光刻机的精确控制和高分辨率是实现纳米级精度的关键。
此外，薄膜沉积技术的进步、离子束刻蚀技术的发展等也为微纳工艺技术提供了强大的支持。
总之，微纳工艺技术是一种应用于微纳米器件制备的重要技术，它通过精确控制和处理材料和结构，可以获得优异的性能和特殊功能。
随着设备和工艺的不断发展，微纳工艺技术将在电子、生物等领域发挥越来越重要的作用，推动科学研究和技术创新的进一步发展。
纳米材料样品制备和XRD测量
序言随着科技的进步与发展，纳米技术的日益显现出其重要性，尤其在材料方面，取得了很大的成就，例如碳纳米管等纳米材料。
而对其性质的研究也是较为重要的方面，通过相应的技术手段来获得较为成熟的技术以及对所制得的纳米材料的相关性质以及参数的定性和定量的测量，以便更好地了解该纳米材料的同时又可以为其应用打下基础。
于是XRD的相关技术开始应用到纳米材料的鉴定和测量上面，而XRD有包括晶体型和粉末型两种仪器，为纳米材料的测量提供了方便。
所以如何了解其的制备以及相关参数的测量，是之至重要的。
一、基本知识简介1.纳米相关定义纳米:1nm = 10-9m;四倍原子直径。
纳米尺度:尺寸大小处于1~100 nm，相当分子尺寸，分子相互作用的空间。
纳米材料：广义上，在三维空间中至少有一维处于纳米尺度或由它们作为基本单元构成的材料。
大致包括：一维——纳米粉末；二维——纳米纤维(如碳纳米管)，直径处于纳米尺度而长度较大的线状材料；三维——纳米膜。
纳米效应颗粒小到纳米级时所表现的特有性质，例如表面效应(当粒径的减小到一定范围时，纳米粒子的表面积、表面能表现为迅速增加以及表面原子数迅速增加。
此外其具有不饱和性质，易于其他原子想结合而稳定下来从而表现出良好的化学和催化活性。
)、小尺寸效应、量子尺寸效应以及宏观量子隧道效(微观粒子具有贯穿势垒的能力)。
2. XRD：X射线衍射分析；其装置包括粉末型、晶体型两种常用的仪器。
测量主要采用标准对照法，即利用XRD仪器测得待测材料的衍射图像，再与已知的数据库进行对比，所得到的极其相似的图像所对应的物质即为所测。
所用软件：Jade(主要的)，采取PDF卡片对照的方式求得。
其中，X射线是原子内层电子在高速运动电子的轰击下跃迁而产生的光辐射，主要有连续X射线和特征X射线两种。
二、制备方法1. 化学制备1.1 溶胶-凝胶法主要步骤是先选择制备金属化合物,然后金属化合物在适当的溶剂中溶解,经过溶胶、凝胶化过程而固化,再经低温热处理而得到纳米粒子。
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方块电阻
RS =
ρ
xj
四探针仪
表面杂质浓度
表面分析法 间接查表法
ห้องสมุดไป่ตู้
Rs , x j ~ ρ ~ N S
磨角法与滚槽法
四探针法
电流探针
V RS = C ⋅ I
电位探针
光刻
目的
按照设计要求，在薄膜或衬底上刻蚀出与掩模版 完全对应的几何图形，以实现选择性扩散、金属 布线、形成结构
工艺步骤
质量检测
膜厚，台阶，微缺陷等
电阻率，介电常数，击穿电压，漏电流等
电性能测试
工艺线和环境监控
薄膜制备
材料、工艺、作用
氧化硅、氮化硅、多晶硅、金属 外延、氧化、淀积、蒸发、溅射 结构、掩蔽层、掩膜、牺牲层、钝化、保护、导电、 介电 膜厚、厚度均匀性、物性参数 裂纹、针孔、斑点等
浓硼扩散
浓硼扩散，定义结构层
扩散深度15－20µm
ICP刻蚀
光刻（2#掩模版 正版） ICP刻蚀，预释放结构
形成金属电极
光刻（3＃掩模版 负版 ） 腐蚀玻璃形成浅槽（1200Å） 溅射Ti/Pt/Au 剥离形成金属电极
键合
键合 划片
结构释放
EDP腐蚀（自停止）
d = T DSiO2 t
DSiO2 « DSi 足够的厚度
二氧化硅薄膜
薄膜质量检测
厚度测量
辨色法 干涉法 椭圆偏振法
缺陷检测
表面观察法 化学腐蚀法
金属薄膜
制作工艺和用途
导线，电极，焊盘；掩膜 蒸发，溅射
薄膜质量检测
厚度测量
称重法 电阻法 台阶法 椭圆偏振法 表面观察法
MEMS Lab－超净间
黄光区 腐蚀清洗区 等离子区 炉管区 测试区
衬底制备与测试
选购或定制硅片时要考虑哪些参数？ 硅片制备过程中如何保证这些参数？
衬底参数
直径和厚度 晶向 导电类型及电阻率 表面质量 缺陷和污染
衬底制备
衬底材料
化学提纯
高温融解
结晶，拉晶
MEMS的加工和测试技术
内容
MEMS Lab－超净间 衬底的制备与测试 MEMS工艺及测试
MEMS Lab－超净间
超净间的布局
黄光区 腐蚀清洗区 等离子区 炉管区 测试区 灰区（过渡区和辅助区）
工艺设备 测试设备
MEMS Lab－超净间
黄光区 腐蚀清洗区 等离子区 炉管区 测试区
北大表面工艺
下层电极
淀积氧化硅（3000Å） 淀积氮化硅（2000Å） 淀积多晶硅（3000Å） 光刻（1＃掩模版 正版） 刻蚀多晶硅
牺牲层
淀积PSG(2µm) 光刻（2#掩模版 负版） 刻蚀PSG（2000Å）
刻蚀支撑点
光刻（2#掩模版负版） 刻蚀PSG
淀积多晶硅
磨外径
石英砂
多晶硅或非晶硅
熔融硅
单晶硅
掺杂，种晶
衬底制备
选材
定向
X射线衍射法 二次离子质谱法SIMS 极性仪和四探针仪
掺杂类型及浓度
微缺陷
激光散射法 激光超声法 X射线探测法
衬底制备
切片
参考面 厚度
[110] 180° [110] 90° [110] [110]
参数
缺陷
二氧化硅薄膜
工艺和物理性质
密度 克/厘米3 2.24～2.27 2.18～2.21 2.00～2.20 2.09～2.15 2.3 折射率 λ=5460A 1.460～1.466 1.435～1.458 1.452～1.462 1.43～1.45 1.46～1.47 1015～1017 107～108 7～8×1014 3.54（1兆周） 5～ 6 电阻率 欧姆.厘米 3×1015～2×1016 介电常数 3.4（10千周） 3.82（1兆周） 3.2（10千周） 6.8～9 介电强度 106伏/厘米 9
微加工技术
微加工的定义
特征尺寸：0.1mm～ 0.1µm 绝对精度 ：0.1µm～ IC技术及IC兼容的微加工技术 LIGA技术 超精密加工技术 微纳测试技术 超精密环境控制技术
微加工的分类
微加工的条件
微纳测试技术
特点
微纳尺度 微纳精度 非在线测量 非接触测量
标准工艺流程
北大体硅工艺1
定义键合区
光刻（1#掩模版 正版） 刻蚀浅槽（4µm ）
RIE 或 KOH
掺杂
离子注入，形成接触区 用于轻掺杂衬底
形成金属电极
光刻（2＃掩模版 负版 ） 腐蚀玻璃形成浅槽（1200Å） 溅射Ti/Pt/Au 剥离形成金属电极
硅/玻璃阳极键合
工件尺寸在10cm以上：相对精度在万分之一以下 工件尺寸在10µm以下：绝对精度在1µm以下 精密机械加工 特种精密加工 微细加工 精密测试技术 精密环境控制技术
精密加工的分类
精密加工的条件
精密测试技术
精密测试技术
设备标定 在线检测 信息处理
发展方向
大尺寸测量 微纳测试
′ / ES ′ EP tgψ = E1P / E1S
′ − ϕS ′ ) − (ϕ1P − ϕ1S ) ∆ = (ϕ P
′ / ES ′ tgψ = EP
∆ = −(ϕ1P − ϕ1S )
若入射光为等幅椭偏光 若反射光成为线偏光
∆ = π − (ϕ1P − ϕ1S )
椭圆偏振法原理
入射等幅偏振光的获得
缺陷检测
椭圆偏振法原理
当样品对入射光存在强烈吸收或薄膜厚度远小于光波长 时，用来测量折射率的几何光学方法和用来测量薄膜厚 度的干涉法均不再适用
椭圆偏振法是利用偏振光在薄膜界面反射或透射时出现 的偏振变换来测量薄膜的折射率和厚度
椭圆偏振法的应用范围很广，可用于介质薄膜、金属薄 膜、非晶半导体薄膜、聚合物薄膜的测量，也可用于薄 膜生长或刻蚀过程的实时监测
双面对准 键合误差5µm
硅片减薄
减薄（80－100µm）
KOH腐蚀 机械减薄
玻璃面划片
ICP刻蚀
溅射Al 光刻（3＃掩模版 正版） 刻蚀Al ICP刻蚀Si，释放结构
北大体硅工艺2
定义键合区
光刻（1#掩模版 正版） 刻蚀浅槽（4µm ）
RIE 或 KOH
[110] 45° {110}n型 [100]
[110] [100]
{110}p型
{100}n型
{100}p型
衬底制备
研磨、抛光
尺寸测量 表面缺陷检测
厚度、总厚度变化、弯曲度、平整度
亮场检测、暗场检测
化学清洗
杂质污染
MEMS工艺及测试
MEMS加工工艺
制膜、光刻、刻蚀、掺杂等
MEMS加工测试
淀积多晶硅（2 µm） 应力调整
刻蚀多晶硅
光刻（4#掩模版 正版） 刻蚀多晶硅
释放结构
牺牲层腐蚀 防粘附处理
上海微所电容器件工艺
上海微系统所电容器件
序 号 1 2 3 4 5 6 7 8 工艺名称 选取N型（100）双抛硅片 标准清洗 氧化 光刻 腐蚀氧化硅 腐蚀硅 清洗硅片 腐蚀背面SiO2 腐蚀深度4um 重复步骤2 硅片正面SiO2用胶保护 厚度0.5um 最小线宽10um 硅片背面光刻（1＃版） 工艺要求 硅片厚度450um 备注
MEMS Lab－超净间
黄光区 腐蚀清洗区 等离子区 炉管区 测试区
MEMS Lab－超净间
黄光区 腐蚀清洗区 等离子区 炉管区 测试区
电感 耦合 高频 等离 子体 （ICP）
MEMS Lab－超净间
黄光区 腐蚀清洗区 等离子区 炉管区 测试区
1.干氧: O2+si --> sio2 2.湿氧: H2O + Si -->sio2 + 2H2
黄光区就是所有的照明光源均为黄色之区域. 由于IC晶方内之图案均有赖光阻剂(photo resist)覆盖在芯片上, 在经过暴光和显影而定型. 而光阻剂遭遇光线照射(特别是紫外线)即有暴 光之效果, 因此在显影之前, 都要远离此光源. 因为黄光的波长较长, 使光阻剂暴光的效果很 低, 因此将黄光作为显影前最理想的照明光源.
上海微系统所电容器件
序 号 9 10 11 12 13 14 15 16 工艺名称 选取Pyrex7740玻璃片 清洗玻璃片 玻璃片蒸铝 光刻 腐蚀Al 键合 光刻Si片正面SiO2 清洗键合片 重复步骤2 硅片背面和玻璃正面 进行静电键合 （3＃版） 重复步骤2 厚度1um 玻璃片正面蒸铝 （2＃版） 工艺要求 备注