微纳光学技术与应用范例6篇

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微纳光学技术与应用

微纳光学技术与应用范文1

对一般人来说,发丝是极其细微的。但在显微镜下,发丝的表面仍有很大的艺术发挥空间。现在,借助显微镜和先进的微纳加工技术,一些科学艺术家已经可以在单根头发上进行塑像、雕刻、绘画等,充分彰显了微纳科技与艺术的高度结合。发丝虽小,但已足够为科学艺术家的创作提供“广阔”的平台。

精妙的发丝艺术品

发丝表面艺术是近些年来才引起人们广泛关注的一种微型艺术形式,发丝艺术作品可分为塑像、绘画、雕刻等。英国当代微雕大师维拉德创作的微雕艺术品――“爬发丝的猫”,猫身体、尾巴、四足等的粗细和发丝的直径相当;当代华人微雕艺术家金银华的作品“一根头发丝上彩绘的40位美国总统”则是一副绘画作品;美国麦克马斯特大学皮埃尔教授采用“镓离子束聚焦”刻蚀工艺,在头发丝表面“刻划”出麦克马斯特大学校徽。

从制作工艺上来看,发丝表面艺术作品可分为基于传统手工的作品和基于微纳加工技术的作品。基于传统手工的微雕或微画的创作主要靠手工完成,不过创作或欣赏过程中需要高倍的显微镜,同时,对雕刻、绘画的工具也有很高的要求。基于微纳加工技术的作品则更加微小,如麦克马斯特大学校徽和日本学者松井真二采用离子束化学气相沉积技术在发丝表面上构造的三维体育场。这些作品创作通常需要能够产生高能量聚焦离子束或光束的设备,有时甚至还要求苛刻的实验环境。

一般来说,基于传统手工方法创作的微雕或微画大多都属于物理方法的作品。其过程仅涉及材料的舍弃、搬移或水彩的粘附。而像基于微纳加工技术的雕刻或塑像大多可以归结为基于化学方法的作品。这些发丝表面艺术品的创作过程往往要涉及发质表面成分的变化或新物质的产生。

发丝表面艺术作品可分为百微米量级和微纳米量级两大类。传统手工创作的发丝表面微雕或微画大都属于百微米量级,如“爬发丝的猫”和“发丝上的美国总统”,这些作品的特征尺寸都与发丝直径相当,为几百微米。基于微纳加工技术的雕刻或塑像则大多属于微纳米量级,如“发丝表面的体育场”的高度为几微米,但体育场的柱子和横梁的直径却仅有百十纳米。百微米量级的作品在高倍光学显微镜下就能看得很清楚,而要欣赏微纳米量级的作品则通常需要分辨率更高的电子显微镜。

不断创新的微雕技术

技术的进步不断刺激着艺术家的想象空间,目前,常见的微雕工艺技术有以下几种。

1. 传统的手工创作工艺以“爬发丝的猫”为例,其创作过程大致如下:首先使用极其微小的刻刀(刻刀的刃部尺寸约为发丝直径的1/7)对金块、砂糖粒或沙粒进行微雕;雕刻这些作品时,必须保持高度注意力,呼吸均匀,并抓紧利用两次心跳的间隔来工作;事实上,任何一点失误都会毁掉整个作品。猫雕刻完成后,再移植到发丝上。整个过程,包括作品的欣赏都需要借助光学显微镜来完成。金银华同样是在光学显微镜下完成的“发丝上的美国总统”。为了在发丝表面完成40位总统的彩色绘制,金银华专门用老鼠的胡须和鸡毛杆制作了“鼠须笔”,同时又将普通国画的颜料精研磨成极其细微的微型画颜料;接着,在数百倍的光学显微镜下对发丝表面涂抹,并绘制出了一个个鲜活的美国总统形象。可见,传统的手工发丝微雕、微画创作,不仅要求艺术家要有娴熟的技艺,同时也在考验艺术家的耐心和毅力。

2. 离子束刻蚀技术离子束刻蚀技术采用电磁场加速和聚焦带电的离子,进而可对发丝的表面进行刻蚀。离子束刻蚀原理与目前市场上流行的光刻技术相似,但由于离子的德布罗意波(物质波)波长很短,因而刻蚀精度更高。离子束光刻主要包括聚焦离子束刻蚀和离子投影刻蚀等。其中,聚焦离子束刻蚀发展得较早,也较为完备,特别是镓离子聚焦技术。遗憾的是,离子束刻蚀技术效率低下,很难在实际生产中得到应用,但这并不妨碍科学艺术家用它在发丝表面开展纳米雕刻艺术创作。

3. 离子束化学气相沉积(FIB-CVD)技术离子束化学气相沉积技术最早是日本学者松井真二提出的。该技术需要将一根头发置于芳烃的实验气氛环境中,并采用30keV(千电子伏)的聚焦镓离子束在发丝表面进行化学气相诱导沉积。目前,利用该项技术,松井真二已经在发丝表面制作了多个三维的纳米结构(雕塑)。FIB-CVD雕塑制作的思路如下:沉积时,先固定离子束,在发丝表面诱导形成一个基础立柱;然后离子束被移动一个不超过立柱直径的距离,静止不动直到在立柱顶端沉积出几十纳米厚度的阶梯;继续重复上述过程,就能使得沉积的材料层层叠加在前面沉积的结构上;最终在发丝表面构造出复杂的三维纳米结构塑像来。

微纳光学技术与应用范文2

Light Propagation in Gain

Media

2011,284pp

Hardback

ISBN9780521493482

在过去20年中,光放大器在现代通信中起着不可替代的重要作用。该技术不仅应用于光学、物理、通信中,也广泛地应用于交叉学科中,如生物光子学和微流控芯片全分析系统。这本书详细介绍了现代的光放大器技术的基本概念、理论和分析技术,紧密地将放大器的基本原理与增益光学放大器件应用有机结合在一起,为读者直观地呈现了光增益的过程,使读者对光在光增益介质中的传播具有全面的了解和认识。书中提供了运用数值方法得到精确解的详细计算过程,也着重介绍了能快速有效地得到不同放大器近似解的分析方法。

书中的主要内容涵盖了所有主要的传统材料的光放大方案,包括光纤放大器、半导体光放大器、拉曼放大器。由于近年来特异材料独特的光学特性引起了大量的关注,这本书最后一章也专门讨论了将特异材料作为增益材料,在光放大器中的应用。书中深入浅出地介绍了各种放大器方案并进行了详尽的分析,使读者能更深入地理解其工作原理。

本书作者Malin Premaratne和Govind P. Agrawal具有丰富的科研及教学经验,分别来自位于维多利亚的莫纳什大学和纽约的罗切斯特大学。在这本书中,作者从多个角度描述了光的特性和传播,如射线、标量波或矢量电磁波,不同角度的选择取决于所解决问题的复杂程度和所进行的预期分析。如果读者具有量子力学的基本知识,或了解一些数值计算软件方法,以及掌握高级编程语言,如C + +、Matlab,对于更好地理解书中讨论的问题将是非常有益的,但并不要求阅读本书的读者必须掌握这些知识。这本书全方位多角度地对光在增益介质中的传播进行了介绍和研究,使得不同学科专业不同背景的读者可以各取所需。

本书可作为物理、光学、生物光学和通信的研究生和研究人员的参考用书。阅读本书需要具有电气工程或应用物理学(包括电动力学和波动光学)的基础知识。

杨盈莹,

助理研究员

(中国科学院半导体研究所)

微纳光学技术与应用范文3

一、招生人数

学院2016年计划招收博士研究生46名,实际招生人数以总部下达计划为准。

二、报考条件

我院博士研究生只面向现役军人招生,报考2016年博士研究生应当具备以下条件:

1、品德优良,遵纪守法,立志献身国防事业;未受过纪律处分。

2、军队在职干部按师(旅)级单位推荐、军级单位政治部审批、军区级单位政治部干部部门核准、总政治部干部部备案的程序进行审批,由师(旅)级单位干部部门开具介绍信。军队院校应届硕士毕业生经所在院校政治机关审批同意。

3、身体健康,体能达标,年龄不超过40周岁(1976年9月1日以后出生)。

4、在职干部须获得硕士学位,其中本院在职干部报考工学博士须有被SCI或EI收录的以第一作者发表的学术论文;应届硕士毕业生须完成学位论文初稿,在中文核心期刊(含录用通知)或国际会议发表2篇以上学术论文。

5、有两名与报考学科相关的高职人员推荐。

三、报名手续

考生持公民身份证和军官证(学员证)于2015年9月20日至30日到学院教学实验综合楼研究生招生办公室(1127室)报名,外地考生可函报。报名时应提交:

1、填制完毕的《2016年报考攻读博士学位研究生登记表》和《报考军队院校研究生政治审查表》(9月1日后,院内考生可从学院研究生处网站下载;院外考生可来电索要)。

2、已获硕士学位者,提交硕士课程成绩单、硕士学位论文及评阅意见书复印件;应届硕士毕业生提交硕士课程成绩单、硕士学位论文初稿、已发表学术论文版权页或录用通知。

3、硕士学历、学位证书原件及复印件(应届生于获得证书后补交)。

4、档案所在师(旅)级单位干部部门同意报考的证明信。

5、一寸正面半身免冠照片3张,报名费300元。

上述手续齐备,审查合格者发放准考通知,考生可于10月9日到研招办领取《准考证》。

四、考试安排

博士研究生入学考试总分值为600分,包括六项内容:英语笔试、数学笔试、科研学术成果计分、硕士学位论文评分、专业综合面试、综合素质面试,每项内容满分100分。

考试时间拟定于2015年10月11至12日,考试地点和具体安排详见《准考证》。

五、其他

1、考生可于2015年11月初查询录取情况,入学时间为2016年3月份(详见通知书)。

2、我院提供部分往年考试试题,考生可登录学院研究生处网站下载。

六、联系方式

联系人:谭继帅(参谋) 手机:13831189507座机:0311-87992123(地);0221-92123(军)

E-mail:tanjishuai@126.com 通信地址:河北省石家庄市和平西路97号研究生招生办公室(050003)

招生专业目录

专业代码、名称及研究方向

导师

专业综合(面试)

数学(笔试)

080200机械工程

01机械性能检测与诊断

张英堂

测试技术与信号处理

矩阵理论

02地面运载平台维修理论与技术

张培林

状态监测与智能诊断技术

03机械振动与冲击防护

白鸿柏

振动理论

04机电液集成系统控制技术

何忠波

车辆工程

05机械制造及其自动化

倪新华

断裂力学

080300光学工程

01军用光电系统设计与应用

刘秉琦

陈志斌

应用光学、物理光学、光电测试技术

矩阵理论

02激光技术

沈学举

激光原理及应用

03光学信息安全

光学信息技术原理与应用、光学信息安全

04微纳光学

汪岳峰

光电子技术

080402测试计量技术及仪器

01测试性设计与分析

黄考利

测试技术

矩阵理论

02精密仪器与微系统

王广龙

03装备状态监测与故障预测

李洪儒

测试与诊断技术

矩阵理论或应用数理统计

04网络安全技术

王  韬

计算机网络

081100控制科学与工程

01装备测试与故障诊断

尚朝轩

测试与诊断

矩阵理论或应用数理统计

02火力与指挥控制理论及应用

全厚德

孙世宇

数字信号处理

矩阵理论

03武器系统建模与仿真

朱元昌

系统仿真

04电子装备自动测试、故障诊断及可靠性

蔡金燕

测试与诊断

05目标识别与信息处理技术

王春平

图像工程

06精确制导理论与技术

杨锁昌

精确制导、控制与仿真技术

07无人机数据链抗干扰技术

陈自力

线性系统理论、数字信号处理

08目标探测与识别

马彦恒

数字信号处理、现代控制理论

09飞行器控制

齐晓慧

线性系统理论

10无人机协同控制

李小民

现代飞行控制理论、导航控制技术

11无人机信息处理与传输技术

王长龙

数字信号处理

12非线性系统的稳定性与控制

徐  瑞

动力系统的稳定性理论

082600兵器科学与技术

01装备轻量化技术

郑  坚

火炮与自动武器原理、材料学

应用数理统计

02兵器试验理论与技术

秦俊奇

火炮专业相关理论

矩阵理论

03装备维修理论与技术

陶凤和

火炮与自动武器原理、现代机械测试技术

04兵器性能检测与诊断技术

房立清

机械装备故障诊断与预测、武器系统装备知识

应用数理统计

冯广斌

火炮与自动武器原理、工程信号处理、现代机械测试技术

矩阵理论

05兵器结构动力学理论与应用

王瑞林

枪炮设计原理、振动理论、电磁场理论

06武器系统仿真与虚拟样机技术

马吉胜

振动理论、动力学仿真

07弹道学理论及应用

宋卫东

弹道学理论、制导理论与技术

08弹道修正理论与技术

弹道学、自动控制与导弹设计理论

矩阵理论或应用数理统计

09兵器性能检测与故障诊断

唐力伟

振动理论

10兵器新材料技术

王建江

材料学

应用数理统计

11弹药系统设计与试验评估

高欣宝

系统仿真技术及其在信息化弹药工程中的应用

矩阵理论

罗兴柏

爆炸及其防护技术在弹药保障中的应用

12弹药保障与安全技术

安振涛

炸药理论、弹药保障及安全风险评估

穆希辉

弹药保障

矩阵理论或应用数理统计

13信息感知与控制技术

齐杏林

弹药引信论证、设计、试验及评估理论与技术

14防护材料与特种能源技术

杜仕国

防护材料与特种能源技术及其在弹药工程中的应用

矩阵理论

15电磁发射理论与技术

雷  彬

电磁场理论、测试技术

16武器系统建模与仿真

苏群星

武器系统仿真与模拟器设计

17红外图像末制导技术

高  敏

弹道学、自动控制与导弹设计理论

矩阵理论或应用数理统计

18装备维修保障理论与技术

贾希胜

石  全

康建设

赵建民

可靠性、维修性、维修工程

应用数理统计

朱小冬

可靠性、维修性、维修工程、建模与仿真

矩阵理论或应用数理统计

19装备维修性理论与应用

郝建平

可靠性、维修性、维修工程、虚拟仿真

20电磁防护理论与技术

刘尚合

魏光辉

电磁场理论、微波与天线

矩阵理论

王庆国

大学物理、有机化学、固体物理、电磁场理论

谭志良

电子技术基础、通信原理、微波与天线

21脉冲电磁场测试技术

朱长青

电路分析、电磁场理论和微波技术、数电模电

110900军事装备学

01装备保障信息化

卢  昱

网络信息安全保障

军事运筹学

02装备保障理论与应用

石  全

军事装备学、战役基本理论

应用数理统计或军事运筹学

于永利

可靠性、维修性、维修工程、建模与仿真

军事运筹学

柏彦奇

高  崎

微纳光学技术与应用范文4

【关键词】结构色 表面微纳结构 智能防伪包装

引言

物质颜色可以通过色素(颜料、染料、光色、电色)对光的选择性吸收和反射获得,常称为化学色;也可以通过物质对光的色散、散射、衍射和干涉等共同作用的引起选择反射产生颜色,称为结构色。结构色的色调很纯,有些有金属光泽,有些特别艳丽,有些随观察者角度的改变颜色会发生较大变化,不可能通过色素获得,具有特殊的光谱特征,将其用于商品包装将产生新奇特效果,具有特殊的防伪能力,提升商品价值。

结构色可以减少染料或颜料用量,最大限度地节水节能和降低环境污染。结构生色最典型的例子是孔雀、蓝雀等鸟类的羽毛和绚丽多彩的蝴蝶翅膀(以下简称蝶翅)[1]。蝶翅是一种利用其自身微纳尺寸结构实现多种绚丽色彩的典范。以甲壳素为主要成分的蝶翅结构不仅具有所适配的机械强度及自清洁表面性质,同时形成蝶翅的甲壳素薄膜与填充其间的空气具有不同的折射率,对入射的光线产生散射、干涉、衍射乃至光子晶体等光学作用,使得蝶翅能够呈现出不同的颜色,满足其求偶、捕食、防护等生存需要。以这些具有特殊微纳结构的蝶翅为模板,人工变更材质,将甲壳素基体替换为各种具有优越物理特性的其他组分,就可以合成各种兼具原始蝶翅分级结构与新组分特性的新材料,使材料达到既具有原始蝶翅的分级结构,同时由于组分的替换产生了新的性能,达到一种“形似而神高”的境界。近年来,纳米可控加工技术的进展使批量工业生产结构生色产品成为可能。纳米结构生色产品既可以单独使用,也可以与色素色结合,或与其它防伪技术结合使用,具有新奇特色彩效果和特殊的光谱特征,应用领域之一就是用于防伪包装提升商品价值。本文综述了产生结构色的表面微纳结构的制备方法,探讨了其在智能防伪标签中的应用模式。

1 结构色的产生机理

微纳结构生色研究主要集中在具有“色彩工厂”之称的蝶翅方面。对Morpho蝴蝶、紫斑环蝶、蛱蝶、蓝蝴蝶、绿带翠凤蝶等蝶翅鳞片生色机理研究可以将结构色划分成不同类型:(1)干涉作用产生的结构色。长期的进化结果使某些蝴蝶鳞片能够巧妙利用其微观结构对入射的太阳光进行一定的干涉后反射出去。这类结构色正是由鳞片内部的多层薄膜结构对入射光线产生干涉的效果,例如Miller[2]发现在Vanessa kershawi蝴蝶的眼角膜上光线发生多重反射。(2)光线的衍射和散射也会产生结构色,例如:Pierid 粉蝶的颜色就是来源于散射的效果[3]。另外,许多生物体的结构色可以来源于光子晶体的结构。日本帝人公司甚至开发出了基于结构色的Morphotex纤维,用于纺织品。

2 产生结构色的表面微纳结构加工方法

在材料表面制备可控尺寸纳米结构的制备方法可以分成“自下而上(Bottom up,加法)”技术与“自上而下(Top Down,减法)”[4-6]。前者包括溶液涂布法,物理沉积或化学沉积等;后者包括有、无光掩模的干法或湿法刻蚀。一般认为,“自上而下”加工的纳米结构尺寸精度更高,当然也可以将两种制备方法组合使用。文献报道了具有代表性的纳米结构表面制备方法有:磁控溅射,胶体粒子溶胶表面涂布干燥,电化学沉积,化学气相沉积,液相反应沉积,等离子体化学气相沉积,光掩模加溶液生长法,注射成型,感应耦合等离子体刻蚀,光掩模加湿法刻蚀,激光干涉掩模和反应离子刻蚀,化学腐蚀,等离子体离子注入,飞秒激光加工,真空烧结,旋覆和热压,UV辅助辊压印刷,热压成型,纳米印刷。目前的制备技术水平对于制备100nm以上尺度的纳米结构相对成熟,而对于制备尺寸小于100nm的结构,尺寸精度较差。其中通过精密刻蚀制备模具进行热压或纳米印刷的制备方法研究较多,制备的纳米结构形状尺寸便于控制,尺寸精度相对高[7,8]。

图1是文献中报道的用各种方法制备的具有代表性的表面结构[9,10]。具有线状、抛物面形状,ZnO棒状,球冠状,圆柱状、三角锥状、四方锥状、圆锥状等。表面纳米结构阵列材质有:Ge-As-Se-Te半导体玻璃,GaAs,晶硅,Al掺杂透明氧化锌,紫外光固化树脂,非晶碳,单晶氧化锌纳米线阵列,聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)薄膜,TiO2棒,SixOyFz,聚苯乙烯胶体粒子等。基材有:玻璃基片,ITO玻璃基片,F掺杂透明氧化物玻璃基片,晶硅和非晶硅,GaN;聚合物基材如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET),三醋酸纤维素(TAC),聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)等。

3 结构色在智能防伪标签上的应用

材料的折射率大概可以分成五类:(1)氧化硅类,如玻璃(n=1.52-1.80),石英(n=1.54),石英玻璃(n=1.459),MgF2(n=1.39),CaF2(n=1.44),结晶多孔硅(n=3.8)。(2)聚合物(n=1.46-1.55)。(3)金刚石(n=2.417)。(4)金属(Au,n=0.47;Ag,n= 1.35)。(5)IIICV半导体化合物,GaN(n=2.51)等。缺乏折射率在1.0至1.2之间的材料,通过控制合适的表面结构几何参数,表面纳米结构可产生这一范围内的折射率值。Ximen Hong等[11]制备的表面金纳米线阵列具有负折射现象。

改变表面纳米结构的形貌、尺寸已被理论和实践证明可用来控制光子的运动,并产生不同的结构色。随着纳米可控制备技术的进展,制备的纳米结构尺寸精度将越来越高,在此基础上将产生各种新颖的纳米结构,从而保证了新奇特结构色的获得和调控的实现。

研究发现:在蝶翅内填充水、酒精、丙酮等不同折射率的液体后,与填充空气相比,蝶翅颜色均有显著区别,根据这个特点,可以开发成水湿敏或乙醇湿敏或环境气氛敏感的防伪包装材料。结构色与色素色的光谱特征具有明显的区别,根据结构色的光谱特征的唯一性,可以用于需要较高防伪能力的印刷包装产品领域。

表面纳米结构具有很多新颖的特性,相关研究结果还可以用于纺织印染、隐身、固体照明、光伏器件减反射、增透、能源利用器件等诸多领域。

参考文献

[1]龚颜,卢永凯,王红凤,林素君.孔雀羽毛的纳米结构生色机理及其仿生结构器件的应用初探[J].北京大学学报(自然科学版),2010,1:1-4.

[2]Parker A R. 515 million years of structural colour[J]. J Opt A Pure Appl Opt, 2000, 2: 15-28.

[3]Stavenga D G, Giraldo M A, Hoenders B J. Reflectance and transmittance of light scattering scales stacked on the wings of pierid butterflies[J]. Opt Express, 2006, 11 (14): 4880-4890.

[4]W Leem, D H Joo, J S Yu. Biomimetic parabola-shaped AZO subwavelength grating structures for efficient antireflection of Si-based solar cells[J]. Solar Energy Materials & Solar Cells, 2011, 95: 2221-2227.

[5]Bo-Tau Liu, Ya-Tsun Tenga, Rong-Ho Leeb, etc. Strength of the interactions between light-scattering particles and resins affects the haze of anti-glare films[J].Colloids and Surfaces A: Physicochem. Eng. Aspects, 2011,389:138-143.

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[7]S G Scholz, C A Griffiths, S S Dimov, etc. Manufacturing routes for replicating micro and nano surface structures with bio-mimetic applications[J].CIRP Journal of Manufacturing Science and Technology,2011,4:347-356.

[8]29Yeeu-Chang Lee, Bo-Ting Chen, Tso-Hsiang Wu, etc. Full wafer microstructure fabrication by continuous UV-assisted roller imprinting lithography to enhance light extraction of LEDs[J]. Microelectronic Engineering, 2012, 91: 64-69.

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微纳光学技术与应用范文5

关键词:纳米;集成电路;新工艺;发展趋势

中图分类号:TN47 文献标识码:A 文章编号:1674-7712 (2013) 20-0000-01

自从摩尔提出了集成电路的发展预测,他认为单位面积上的晶体管在24个月都将在数量上翻番,经过微纳电子技术的不断发展,使得摩尔的预测逐渐实现,而且随着微纳电子产业的发展,使得摩尔的预测正在受到非常强大的挑战,因为随着新的科学技术的不断发展,新材料和新结构的不断创新促使当前的发展逐渐显示出其有效性,由于产业的不断发展和思索,使得人们逐渐从晶体管的使用上认识到其体积还能缩小,所以根据当前的晶体管理论,当特征距离小到10纳米的时候会不可避免的发生电子漂移,此时会无法控制电子的进出,从而导致了晶体管的实效。随着新材料和新工艺的崛起使得在设计和制造出集成电路的时候,会逐渐的淡化摩尔定律,那么则会对市场的冲击带来深远的影响,尤其是在互联网时代,纳米材料的使用可以更加有效的满足目前现状的要求,同时还能够成为具有高度关注的全球集成电路产业。

一、纳米技术在集成电路大生产工艺中的现状

随着当前的经济的不断发展,纳米技术在运用上变得越来越广泛,而且其功能的优越性也使得其应用更加的符合当前的发展现状。当前所使用的摩尔定律的不断延伸,基本上是依赖于新材料和新工艺进行突破,同时在发展的过程中如果不能够找到合适的替代品,那么摩尔定律则会实效,因此可以从新材料和新工艺的发展现状来检验出摩尔定律是否得到有效的延伸。目前所采用的应硅工艺、小型沟道材料技术、小尺寸工艺、高K金属栅工艺、超低K工艺、450mm硅片以及光刻技术等均在被大量的使用。虽然纳米技术在当前的工艺中使用非常广泛,但是却仍然存在着很多的问题,因此在采用纳米技术的时候要解决相应的纳米

技艺所面临的难题。另外纳米技术在存储器中的应用也非常普遍,无论是相变阻器还是磁变阻器,其高速的运转造成了在成本的需求上需要更多,运用纳米技术可以在芯片中更好的运用。采用纳米技术可以使得所制出芯片存储器更加小,可以使得更加小的芯片拥有更大的驱动能力,从体积的角度不断缩小,而从功能的角度则是不断的扩大。

二、纳米集成电路发展趋势概述

随着我国社会经济的高速发展,加上社会需求的增大,我国对于微纳电子技术和微纳电子产业的重视力度越来越大,特别是最近几年建立了和集成电路技术相关的重大科技项目和研发项目,为我国的纳米集成电路的发展奠定了良好的基础。为了能够尽快的达到世界先进水平,能够掌握自主知识产权技术和设计,本文从集成电路发展的规律上分析,主要认为需要从两个角度来进行发展和研究:一是对维纳电子基础的前沿性研究要进一步的重视和加强,二是根据集成电路发展的规律和特点,充分认识产业支撑对于集成电力发展的重要性,国家应大力的发展和优化产业链条和产业技术。对于前者,特别是对于二代(五年)后的集成电力产业发展方向要进行着重的分析和研究,分析和研究的具体内容有新型器件的结构研究、新材料的研究、新技术的研究等。目前我国的很多的项目研究都局限在某一设备、某一技术或某一项工艺,在对这些内容进行研究时,有的研究人员对基础问题的研究不重视,所以缺乏自身的核心技术,造成了后续发展动力不足的现象,除此之外,在研究中要充分的认识工艺集成技术的重要性,还要着重的突出集成性,因为工艺参数或某器件的性能再优良,无法集成,这就对集成电路的发展毫无意义;对于后者,产业支撑对于集成电路来说具有重要的影响,产业技术中的产前技术尤为重要,其中的工艺集成、成本控制、质量控制等都是产业技术中的重点,这些方面需要企业发挥出创新的主体作用,除了对产业技术中的基本工艺进行研究外,主要还要对国内外的市场进行研究和考察,根据市场的发展走向来开展具有市场特色的产业工艺技术研发。对于集成电路发展来说,技术和产业规模是重点,所以扩大产业规模、产业渠道、加大投资、优化链条、创新技术等内容是未来发展重点。

三、总结语

随着微电子科学在集成电路上的应用逐渐升级,使得传统的集成电路正在不断的发生着本质上的革新,但是依靠着科学技术的发展逐渐构建起新的集成电路技艺,无论是从物理角度分析还是从经济的角度进行分析,采用纳米技术可以更好的为集成电路的发展创新带来发展的机遇,同时还能够有效的促进当前科学技术发展的环境下对于纳米技术进行深层次的研究,为相关纳米集成电路大生产工艺的生产者提供有建设性的借鉴。

参考文献:

[1]吴汉明,吴关平,吴金刚.纳米集成电路大生产中新工艺技术现状及发展趋势[J].中国科学:信息科学,2012,12:1509-1528.

[2]彭祎帆,袁波,曹向群.光刻机技术现状及发展趋势[J].光学仪器,2010,04:80-85.

微纳光学技术与应用范文6

[关键词]微模具;成型;制造技术

中图分类号:TQ320.52 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2016)22-0036-01

微注塑成型是一门新兴的先进制造技术,起步较晚,相关理论研究还不够系统和成熟,对微小尺度塑件成型过程中的许多问题还认识不清,没有统一的观点,因此,关于微注塑成型技术的相关基础理论研究受到研究者较大的关注。目前关于微注塑成型的研究多局限于微注塑成型机的研制、微型模具的设计与制造、微注塑成型材料、成型工艺以及数值模拟分析等方面。光学装置、电子产品、通信设备、医疗器械等对聚合物制品提出了微型化的要求,聚合物微成型技术应运而生。微注塑成型技术,具有成型制件效率高、尺寸与质量一致性好等特点。可以满足各类微小装置或器件对复杂塑件的需求。微塑件既可作为微结构件在微机电系统中发挥重要功能作用,还可以将各种微小尺寸的元器件通过聚合物注塑封装成一体,简化系统整体或部分装配工艺。微注塑成型方法与其他聚合物成型方法相比,主要优势是高生产效率和低制造成本。

一、微注塑成型原理

微注塑成型源于常规注射成型,其原理同常规注射成型一样,即将高分子材料经过微注塑机的柱塞或螺杆进行加热、熔融、挤压,在注射压力的作用下,熔料通过注塑机喷嘴、模具主流道、分流道、浇口进入模具型腔成型,然后经过保压、冷却和脱模,获得成型制品。成型过程主要包括塑化、注射、保压、冷却、脱模五个过程。微模具是微注塑成型的核心,其机械精度直接决定了注塑件的质量,而微模具的成本和寿命则是影响大批量注塑生产的关键因素,微注塑过程的模温控制、排气控制、塑件顶出等设计也与微模具结构密不可分。

聚合物微成型技术是采用模塑成型方法高效率、高精度、低成本、批量生产聚合物微制品的成型技术,主要包括微注射成型技术、微热压成型技术和微挤出成型技术等。目前,对于聚合物微成型尚未形成统一的定义和分类,主要通过其成型的微制品进行定义和分类。广义上讲,聚合物微制品包括以下3种类型:

1)制品体积或质量微小,整体尺寸小于 1mm,如微机械系统中使用的微齿轮、微透镜、微螺栓螺母等。2)制品整体尺寸在毫米和厘米量级,但表面具有微细特征结构,如光学、生化医疗领域使用的导光板、微光栅、微流控芯片、介入导管等。3)制品整体尺寸和特征尺寸均无限制,但局部尺寸精度在微米量级,如聚合物高精度非球面镜片等。微成型模具是成型上述微制品的重要装备,其设计的合理性和加工质量直接决定了微制品的成型质量。

聚合物微成型模具的型腔或流道尺寸跨越宏―微观尺度范围,受到尺度效应的影响,成型过程中熔体的流动、传热都与宏观尺度下不同;对模具型腔的通气、排气、微小制品的脱模取件等有特殊要求,传统的模具设计理论和方法在微成型模具设计中不再完全适用,因此微成型模具的设计已成为国内外研究的热点和难点。

二、微注塑成型模具的特点

近年来,关于微注塑模具制造技术的研究受到广泛关注。一般认为微模具应符合以下特征:其应用对象的整体尺寸或局部尺寸小于1mm;微模具微细尺寸从几微米到几百微米;微模具表面粗糙度值在0.1μm以下。随着微加工和精密加工的发展,微模具的概念也不断向前演变。目前,采用LIGA制造的微注塑模具已可用来生产质量小于1mg或者局部结构化面积只有几平方微米的极微小型注塑制品。

三、微注塑成型模具制造技术

1、微注塑成型模具组成

微注塑模具由模架部分和型芯组成,二者可以制作为一体,也可以分别加工,然后通过螺纹或过盈配合连接,称为镶块式微模具。后者更有利于拆卸更换和零部件的重复利用,同时也能够发挥不同加工方法的优势。对于镶块式微模具,其模架材料多选择优质模具钢,可以根据注塑机尺寸选定标准模架再加工,在模架上通常设置有热流道、浇口、冷水道、真空排气槽、顶出塑件机构等。模架上不含要复制的微细结构,采用机械加工方法就能满足一般精度要求。镶块式微模具中,用于复制的微结构部分镶嵌在模架中,称为型芯,有些文献也称之为镶块。微注塑工艺要求型芯尺寸精度高、耐高温、耐冲击、耐疲劳、并且能与模架机构和特征位置相配合。根据型芯所用材料可以将微注塑型芯分为金属微型芯和非金属微型芯。

2、金属材料微型芯加工

通常考虑热膨胀系数小、弹性系数大的材料作为制作微注塑型芯或整体模具材料。在微注塑起步阶段,人们多选择耐热和耐冲击的金属材料制作整体模具或模具型芯,如钢、铝合金、镍、铍铜合金等。适用于这些材料的加工方法可分为去除材料成型和堆积材料成型。

微成型模具的精密制造是成型高质量聚合物微制品的技术保证。传统加工方法可以实现微成型模具部分零部件的加工,但难以加工具有微细三维结构的成型零件,而微细加工技术为微成型模具微细结构的加工提供了条件。微细加工技术是指制造微小尺寸制品或结构的生产加工技术,可以分为以下3种类型:3种类型:1)在传统加工方法上发展起来的微机械加工技术,如微车削、微铣削、微磨削技术等。2)在特种加工方法上发展起来的微细特种加工技术,如微细电火花加工、微细电化学加工、微细高能束加工、微细电铸加工、水射流微细切割技术等。3)基于LIGA的加工技术如LIGA、UV-LIGA、电子束 LIGA 和激光 LIGA 技术等。微细加工技术的选择主要取决于加工尺寸、表面质量、深宽比和经济条件等。微成型模具存在跨尺度的几何尺寸,局部特征尺寸微小,几何精度和装配精度要求极高,因此制造微成型模具关键零部件可能需要结合多种微细加工技术。

3.微注射成型模具制造技术

微型腔是微注射成型模具的核心零件,其结构尺寸及精度在微米级,表面精度要求较高,微型腔的加工质量直接影响制品的成型质量,是微注射模制造的难点。对于微型腔的加工目前主要采用微机械加工技术、微细特种加工技术和基于 LIGA 的加工技术。

从微注塑成型模具角度综述了微注塑成型模具设计和制造几种策略和具体方法,对目前的微模具组成、微型芯加工方法及优缺点进行了归纳总结,对微模具设计要点进行了分析。其结论如下:

1)微注塑模具与常规注塑模具主要差异在于加工方法、控温方法、真空排气、脱模方式等方面,采用镶块式微模具组合形式,有利于拆卸更换和零部件的重复利用,同时也能够发挥不同加工方法的优势。微注塑模具结构设计的要求与常规注塑模具有诸多不同,重点集中在模温快速变换、抽真空辅助排气和微塑件脱模等几个方面。

2)对于金属微型芯,可采用去除材料成型和堆积材料成型两种加工方法。去除材料成型一般加工的微结构特征尺寸在10μm上。以UV-LIGA典型代表的堆积材料成型方式一般适用于加工二维半结构的微型芯,通过特殊的多重光刻和回流等,也可以用于制造多层或三维微型芯。

3)基于硅微加工技术的硅微型芯制造方法在批量、成本、材料、精度、可加工性等方面有明显优势,并且可延伸至未来的纳注塑领域,但硅材料脆性影响了型芯寿命,通过提高模架配合面加工质量、选用厚硅片、优化注塑参数、采用间接脱模方式,可以降低硅微注塑型芯损坏机率,就目前发展而言,硅微型芯更适用于灵活的中小批量微注塑生产。

参考文献