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微加工研究人員如何使掃描電鏡來表征納米結(jié)構(gòu)

 發(fā)布時(shí)間:2017/6/11 點(diǎn)擊量:2253
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詳細(xì)介紹:

微加工能制造出微米尺寸的結(jié)構(gòu)特征,是制造新一代半導(dǎo)體、處理器以及芯片實(shí)驗(yàn)室微流系統(tǒng)的關(guān)鍵工具,其中芯片實(shí)驗(yàn)室的微流系統(tǒng)建立在化學(xué)分析系統(tǒng)上,小到能夠放在手心上。目前為止,微加工依賴于掩模技術(shù),例如光刻,使得可生產(chǎn)結(jié)構(gòu)的多樣性受到了限制。然而,研究的微米尺寸的 3D 打印系統(tǒng)可以組裝比以前尺寸更小的 3D 復(fù)雜形貌。

 

未來發(fā)展趨勢

Tommaso Baldacchini 是 Newport 公司技術(shù)和應(yīng)用中心(TAC)的一名微加工研究人員。在他研究激光輔助納米微加工的工作中,飛納臺(tái)式掃描高分辨率專業(yè)版 Phenom Pro 型號(hào)掃描電鏡是一個(gè)重要的工具。同大學(xué)里常見的實(shí)驗(yàn)室相比,Newport 公司的 TAC 實(shí)驗(yàn)室更小,但他們和學(xué)術(shù)界用戶保持著密切的合作關(guān)系。TAC 為學(xué)術(shù)界很多研究領(lǐng)域進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、并加工微型裝置與器件。

 

目前微加工發(fā)展?fàn)顩r

目前,大多數(shù)微加工以傳統(tǒng)機(jī)械加工和光刻為主,這就是平板印刷技術(shù)。Tommaso Baldacchini 透露,光刻技術(shù)的確能生產(chǎn)十分精密的高通量結(jié)構(gòu),但是這種方法于二維空間。Baldacchini 說:這就意味著加工錯(cuò)失了一整個(gè)維度。其他的局限性還包括:

 

·加工這些結(jié)構(gòu)的儀器費(fèi)用高

·常常需要干凈的工作空間

·基板和材料種類于硅和半導(dǎo)體

 

Baldacchini 提到:十分有必要去打破這些限制性的障礙,來發(fā)明一些新的微納加工裝置。

 

打破納米微加工的障礙

在加工納米微結(jié)構(gòu)的過程中存在著許多挑戰(zhàn)。這些挑戰(zhàn)主要來自制造微結(jié)構(gòu)的技術(shù)和結(jié)構(gòu)自身特性(如大小,形狀和表面積)。
激光輔助納米微加工技術(shù)(Journal of Laser Applications 24, 042007 (2012))為建立納米和微米尺寸結(jié)構(gòu)提供了一整套*方案。激光照射到樣品表面會(huì)產(chǎn)生很多影響,包括局部發(fā)熱、熔化、燒蝕、分解和光化學(xué)反應(yīng),進(jìn)而可以獲得一些例如石墨烯、碳納米管、甚至聚合物和陶瓷材料形成的多種復(fù)雜納米結(jié)構(gòu)。

 

表征

當(dāng)表征微結(jié)構(gòu)時(shí),擁有一個(gè)能在納米精度下準(zhǔn)確測量加工微結(jié)構(gòu)尺寸的工具是十分關(guān)鍵的。有必要觀察加工結(jié)構(gòu)的拓?fù)湫蚊埠途鶆蛐?,進(jìn)而確保“構(gòu)建”質(zhì)量達(dá)到設(shè)計(jì)要求。能夠表征新材料表面成分甚至是內(nèi)部成分同樣重要。

 

飛納臺(tái)式掃描電鏡在放大 2150 倍(左)和 8300 倍(右)數(shù)下觀察燒蝕樣品

 

掃描電鏡(SEM)是這類工作的理想工具,能夠聚焦到納米級、觀察小尺寸和納米樣品特征。Baldacchini 說:一臺(tái)掃描電鏡是表征樣品寶貴的工具。當(dāng)樣品燒蝕時(shí),我們能觀察其表面的變化,或者我們可以觀察含添加劑樣品的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

 

技術(shù)創(chuàng)新

TAC 已經(jīng)研發(fā)出一種高分辨,納米 3D 打印技術(shù),稱作雙光子聚合。使用雙光子聚合能夠制造精細(xì)的三維聚合物結(jié)構(gòu),這一幾十微米大的結(jié)構(gòu)往往具有納米尺度特征。掃描電鏡 SEM 在表征結(jié)構(gòu)特征方面經(jīng)常使用,可作為檢驗(yàn)已生產(chǎn)納米結(jié)構(gòu)的一種方法。除此之外,Baldacchini 的研究還應(yīng)用了非線性光學(xué)顯微鏡,例如用相干反斯托克斯-拉曼散射顯微鏡研究雙光子聚合生成微米結(jié)構(gòu)的化學(xué)和機(jī)械特征。

 

他們在 TAC 開發(fā)了一種激光輔助微加工工具,稱作 Laser µFAB。這是一個(gè)可以把客戶自有的激光連接到機(jī)器上,并執(zhí)行不同類型激光微加工的整套工具。該系統(tǒng)提供的軟件可以使用戶導(dǎo)入一個(gè)二維圖形,并通過移動(dòng)帶有固定激光器的臺(tái)子將圖形重塑。系統(tǒng)也允許用戶創(chuàng)建他們想要生產(chǎn)的任何三維結(jié)構(gòu)。

 

利用 SEM 表征

因此,通過 Newport 公司的 Baldacchini 例子,表明一臺(tái)掃描電鏡是表征產(chǎn)品和驗(yàn)視納米微結(jié)構(gòu)的重要工具。如果你想了解更多關(guān)于 TAC 利用掃描電鏡 SEM 驗(yàn)視納米微結(jié)構(gòu),請 info@phenom-china.com 免費(fèi)獲取該案例研究。

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