《基於動態刻劃原理的三維微/納結構加工新方法研究》是依託哈爾濱工業大學，由胡振江擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：基於動態刻劃原理的三維微/納結構加工新方法研究
- 依託單位：哈爾濱工業大學
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：胡振江
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
三維微/納結構在微光學、雷射慣性約束聚變點火工程等理論研究及重大工程套用領域都有著廣泛的套用。然而由於三維微/納結構的加工精度及尺度已達到納米量級，如何加工這類結構面臨新的挑戰，因此亟需研究新原理的納米加工方法。本項目提出開展基於AFM動態刻劃原理的三維微/納結構加工方法的研究。建立基於AFM動態刻劃原理的納米超聲振動加工過程的理論模型，結合實驗闡明振動探針去除納米尺度材料的機制；建立面向多種工件材料，適合多種懸臂的加工檢測一體化系統；解決採用該技術加工三維微/納結構遇到的加工深度變化、工藝參數最佳化和三維加工工藝流程等關鍵問題，實現典型三維微/納結構的加工。通過本課題的研究，將提供一個基於探針納米振動原理的三維微納結構新型加工方法及加工系統，並且將為建立納米尺度振動切削理論奠定基礎，具有重要的理論意義和良好的套用前景。
結題摘要
隨著納光學、納電子學、納米流控等技術的飛速發展，基於納米結構特殊效應的器件在上述領域得到了廣泛的套用。多年來低成本、高效率、高精度的三維納米結構的製造技術是國際上研究的熱點問題。目前基於原子力顯微鏡（AFM）的納米機械加工技術仍然存在著探針磨損速度快和加工效率較低等問題，制約著此項技術向套用方面的快速發展。因此，本項目提出了不同於傳統AFM靜態刻劃原理的新型加工方法：基於AFM動態刻劃原理的加工技術。在AFM動態刻划過程中，探針或樣品做高頻振動，實際上是一種納米超聲振動加工方法。本項目首先採用分子動力學仿真和動力學分析兩種手段仿真分析了AFM動態刻划過程，獲得了加工參數對加工結果的影響規律。第二，建立了基於AFM動態刻劃原理的加工檢測一體化系統，實現了基於AFM敲擊模式的探針動態刻劃模式加工（振動頻率200KHz-500KHz）和樣品高頻振動模式（1.5MHz）的動態刻劃加工兩種方式；第三，研究了微懸臂類型、加工速度、激振振幅、探針橫向步進等工藝參數對納米溝槽、三維納米結構的深度、結構形貌等的影響規律；利用溝槽形貌的幾何疊加模型，分析了在較大的激振振幅下，採用動態刻劃加工技術加工聚碳酸酯表面時形成凸起納米結構的原因。第四，提出了基於動態刻劃技術高效加工納米點陣的新方法：在振動探針作用下，PMMA材料經過彈性變形、塑性變形和堆積形成過程，可以實現以加工速度400 μm/s製備深度小於4nm的納米點陣；提出了基於動態刻劃技術的三維複雜周期性納米結構加工新方法：基於溝槽兩側堆積形狀不同的原理，實現了PMMA薄膜表面周期幾十納米、幅值10 nm左右的三維周期性納米結構的製備。最後，結合傳統的濕法刻蝕與乾法刻蝕的工藝手段，將加工的結構作為掩膜成功轉印到單晶矽表面。通過本項目的研究，拓展了傳統超聲振動加工的範圍，也為納米結構的加工提供了一種有效的手段，具有重要的理論意義和實用價值。
