《納米結構與器件跨尺度三維操縱與互連的基礎研究》是依託哈爾濱工業大學，由孫立寧擔任項目負責人的重大研究計畫。
基本介紹
- 中文名：納米結構與器件跨尺度三維操縱與互連的基礎研究
- 依託單位：哈爾濱工業大學
- 項目類別：重大研究計畫
- 項目負責人：孫立寧
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
針對高效氫燃料電池、高密度IC晶片、納米線/管電子器件等跨尺度結構與器件的納米製造對三維納米操作與互連技術的需求，本課題提出了基於雙AFM探針實現跨尺度結構與器件的測量與三維操作的創新思想，以及採用雙AFM探針三維協調操作、基於納米蘸筆印刷術(DPN)和雷射加熱探針的納米懸筆印刷術(FTN)的焊料動態定點精確沉積與雷射熱熔焊接等技術實現納米互連的新方法。採用數值分析與試驗相結合的方法，研究納觀環境下納結構互動作用機理、基於多場納米互連的能量耦合與調控機制、微納跨尺度超精密運動生成機理等關鍵科學問題。結合精密驅動與微納操作機器人、納米測量與互連、計算機視覺等技術和物理、材料、化學等多學科理論，構建跨尺度結構與器件三維操縱與互連設備原型，實現納米結構與器件的三維排列、操作與互連，為納電子製造、NEMS製造提供技術支撐。
結題摘要
針對納米線/管的三維操作和組裝，通過建立原子力顯微鏡（AFM）探針與納米材料間的納尺度接觸和粘附模型，分析了三維納米操作過程中AFM探針與操作對象之間的互動作用力，驗證了採用雙AFM探針體系結構實現三維納米操作的可行性，並推導出雙探針納米三維攝取的極限尺寸，進一步提出了改進操作極限的手段和方法，最佳化了三維納米組裝的策略。設計並建立了具有自主智慧財產權的基於雙探針AFM的納米機器人系統及控制系統，可實現納米/納米管的三維納米操作、組裝與互連，以及納米材料/器件的特性表征。在所開發的納米機器人系統上，開展了相關單元技術的研究，包括系統的精密標定、粘附力與摩擦力的模擬計算與測定，並成功實現了Ø50 nm～Ø200 nm的納米線的三維操作和組裝的實驗。 提出了動態組合納米蘸筆印刷技術（CD-DPN），在一定程度上解決了AFM探針套用於納米互連時重複定位不準，以及操作效率低等技術難題，採用該技術，納米焊點的製造耗時可縮短到10秒左右（傳統DPN平均耗時5～10分鐘以上）；開展了力調製模式蘸筆納米刻蝕技術（FM-DPN）的研究，得到了DPN結點直徑隨針尖與基底間作用力之間的定量關係，用以實現焊錫材料的精確定量沉積，有效控制 DPN結點的尺寸，並進一步探索了不同維度納米結構間的互連方法。 建模分析了雷射輻射作用下AFM探針周圍的光強分布、熱效應、電磁效應、力效應，以及多場耦合效應；深度模擬計算了雷射輻照AFM探針的熱場分布；採用分子動力學仿真研究了碳納米管焊接的動態過程；建立了光纖探針導光的雷射與AFM的集成實驗系統，開展了雷射與AFM探針複合後的納米粒子聚集實驗研究，驗證了雷射納米焊接的可行性. 以典型的NEMS器件—納米線開關為研究對象，設計了具有垂直結構和水平結構的納米開關，並結合電動力學的基本理論對感應電荷產生的電場進行了建模與分析，從而確定了納米開關的關鍵尺寸。設計了光刻工藝加工微電極，採用由構建的雙探針構成的三維納米操作實現納米開關的裝配，對裝配完成的納米開關進行了性能分析與測試，得到了納米開關的開啟電壓、狀態轉換時間、通斷電流比以及功耗等一系列關鍵的性能指標，從而驗證了納米電子器件相對於傳統電子器件的優越性。
