纳米级加工

Al2 O3 6.2 x 105
5.64 x 108 — 晶体的各 拉伸 金刚石 1.02 x 107 向异性
纳米尺寸的绝对 精度
很难达到纳米级
某些高精度孔和轴 的配合
纳米级尺寸精 度
纳米级加工 精度
纳米级几何形 状精度 纳米级表面质 量
较大尺寸的相对 精度或重复精度
某些精密机械零件 的个别关键尺寸
表面质量不仅仅指它的表面粗糙度，而且包含其 内在的表层物理状态。例如，制造大规模集成的 单晶硅基片，不仅要求很高的平面度、很小的表 面粗糙度值和无划伤，而且要求无表面变质层 （或极小的变质层）、无表面残留应力、无组织 缺陷。高精度反射镜的表面粗糙度、变质层会影 响其反射率。微型机械和超微型机械的零件对其 表面质量亦有极严格的要求。
纳米级加工技术
纳米加工的分类
纳米加工的关键技术
纳米加工的物理实质
纳米加工精度
复合加工
切削加工
化学腐蚀
纳米加 工分类
扫描隧道 显微技术 加工
能量束加 工
扫描隧道显微技术
• 基于隧道效应所研制的STM的原理如图所示。在试件与探针 之间的间隙δ形成一个势垒，在两者之间的偏压驱动下，有 微量电流穿过间隙（势垒），形成隧道电流Is。Is极其敏锐 地依赖于间隙δ的大小，也就是依赖于势垒的高度：每当δ 增加0.1nm时，Is将减小一个数量级。STM正是巧妙地应用了 这一特性而工作的。在工作中，由压电陶瓷驱动探针在工件 表面进行纳米级分辨率的扫描，同时逐点记录其隧道电流的 大小，然后由计算机成像。
扫描隧道显微镜从高定向石墨表面测得的原子图像
事实上，在探针上施以一定的偏压，它可以从 工件表百度文库“俘获”一个原子，然后将之移动到 适当的位置，再予以释放。基于此，就可以按 照人们的意图，像小孩子玩积木似的进行“原 子操作”或“分子组装”。有人曾以STM针尖移 动被吸附在Ni原子表面的Xe原子，组成了“IBM” 三个字，每个字母的长度仅为5cm.
微小尺寸加工
超大规模集成电路 制造过程中要求的 重复定位精度
精密轴和孔的圆度和圆柱度；精密球（如陀螺球、 计量用标准球）的球度；制造集成电路用的单品 硅基片的平面度；光学、激光、X射线的透镜和反 射镜、要求非常高的平面度或是要求非常严格的 曲面形状。这些精密零件的几何形状直接影响其 工作性能和工作效果。
要求
切断原子间结合所 需的能量
该物质的原 子结合能
不同材料的原子间结合能密度
材料 Fe SiO2 Al 结合能 /J·cm-3 备注 材料 SiC B4C CNB 结合能/J·cm3
备注 拉伸 拉伸 拉伸
2.6 x 103 拉伸 5 x 102 3.34 x 102 剪切 剪切
7.5 x 105 2.09 x 106 2.26 x 108
谢谢大家！
纳米加工关键技术
机床及 工具
纳米加 工关键 技术
检测技 术 环境条 件控制
纳米级加工的物理实质
欲得到1cm的加工精度，加工的最小单位必然 在亚微米级。由于原子间的距离为0.1~0.3nm， 纳米级加工实际上已经到了加工精度的极限。 纳米级加工中，试件表面的一个个原子或分子 将成为直接加工对象。 纳米级加工的物理实质就是要切断原子间的结 合，实现原子或分子的去除。