微纳制造技术作业

微纳加⼯⼯艺流程⾼通量微流控器件的设计与加⼯罗春雄掩模的制作掩模的制备是光刻中的关键步骤之⼀，其作⽤是在⼀个平⾯上有选择性的阻挡紫外光的通过，从⽽实现光刻胶的局部曝光。

掩模的图形及尺度由计算机设计完成，常⽤的设计软件有（⽬前最新版本为）和等。

带有图形结构的掩模常⽤介质有透明膜和玻璃板，图形结构⼀般由透明和不透明的区域组成。

掩模有时也被称作原图或光刻版。

当分辨率要求不⾼时，掩模可⽤简单的⽅法来制备。

最常⽤的⽅法是使⽤⾼分辨率的激光照排机（以上）将图形打印在透明胶⽚上，这种⽅法的误差⼀般为，视激光照排机的精度⽽定。

当图形的尺度为量级时，此法制成的掩模可近似视为精确。

使⽤激光照排机的优点在于设备易得，⼀般的出版社就有可以满⾜要求的机器；并且制作过程很简单，只需要⼀步打印。

图采⽤设计的模版图。

通过电⼦束曝光的⽅法可以得到精度更⾼的掩模版，精度可达甚⾄级。

这种掩模版为⾦属掩模，所以不论是精度、寿命还是使⽤时的⽅便程度，均要优于打印⽅法制成的模版。

但它的缺点也⼗分明显：成本⾮常⾼（⼀块模版通常要上千元⼈民币），并且制作周期时间长。

还有其他⼀些⽅法可以得到掩模版，如准分⼦激光刻蚀和光学缩⼩等⽅法，这样得到的模版精度较⾼，但对设备的要求都⽐较⾼。

光刻胶光刻胶是由溶解在⼀种或⼏种有机溶剂中的光敏聚合物或预聚合物的混合物组成的，它是⽤光刻技术将掩模上的微结构精确转移到基⽚的关键媒介。

根据⽤途不同，有多种黏度、光学性质及物理化学性质不同的品种供选择。

光刻胶有两种基本的类型：⼀种是负型光刻胶，它们在曝光时发⽣交联反应形成较曝光前更难溶的聚合物；另⼀种是正型光刻胶，它们在曝光时聚合物发⽣链断裂分解⽽变得更容易溶解。

根据它们的特性，负型光刻胶显影后曝光部分被固定⽽⾮曝光部分被洗掉；正型光刻胶则是曝光的部分在显影后被洗掉，⾮曝光部分被固定。

下⾯分别介绍这两种光胶：负光胶负光胶曝光中发⽣的光化学反应⽐正光胶相对简单。

例如于卖给公司的专利，应⽤的是聚⼄烯醇⾁桂酸酯中的⾁硅酸部分的双键对紫外线敏感，双键之⼀被打开后形成双游离基，这些双游离基不稳定，很快与其他游离基间相互连接，形成新的碳碳链，并与其他线形分⼦交联形成更⼤的聚合物分⼦。

作业一1. 在形成微机械结构的空腔或可活动的微结构过程中，先在下层薄膜上用结构材料淀积所需的各种特殊结构件，再用化学刻蚀剂将此层薄膜腐蚀掉，但不损伤微结构件，然后得到上层薄膜结构（空腔或微结构件）。

由于被去掉的下层薄膜只起分离层作用，故称其为牺牲层。

a) 淀积一层牺牲层；b) 淀积一层结构层；c) 匀胶、光刻、蚀刻，将结构层图形化；d) 淀积一层牺牲层；e) 匀胶、光刻、蚀刻，将中心部分的牺牲层图形化；f) 淀积一层结构层；g) 经过匀胶、光刻、蚀刻等流程，将结构层图形化；h) 利用腐蚀的方法去掉牺牲层，保留了结构层，得到微马达。

2. 或非门T1、T2为PMOS，当输入电平为低电平时导通。

T3、T4为NMOS，当输入电平为高电平时导通。

导通状态用√表示，非导通状态用×表示。

作业二1.对于一个NA为0.6的投影曝光系统，计算其在不同曝光波长下的理论分辨率和焦深，并作图。

设k1=0.6，k2=0.5（均为典型值）。

图中的波长范围为100nm到1000nm（DUV和可见光）。

在你画的图中，标示出曝光波长g线436nm，i线365nm，KrF 248nm，ArF 193nm。

根据这些简单计算，考虑ArF源是否可以达到0.13μm 和0.1μm级的分辨率？答：根据这些计算可知ArF (193 nm)的分辨率不能达到0.13 µm和0.1μm级。

可以采用其他先进技术,如相移掩膜、离轴照明等,ArF将有可能达到0.13µm或者0.1µm级别。

2. 一个X射线曝光系统，使用的光子能量为1keV，如果掩膜板和硅片的间隔是20μm，估算该系统所能达到的衍射限制分辨率。

答：1 keV光子能量对应的波长为X射线系统是接近式的曝光系统，所以分辨率为3. 对于157nm F2准分子激光的光学投影系统：a. 假定数值孔径是0.8，k1=0.75，使用分辨率的一级近似，估算这样的系统能达到的分辨率。

基于激光的微纳制造技术的研究与应用第一章研究背景近年来，随着科学技术的不断进步，微纳制造技术逐渐成为热点领域之一。

微纳制造技术能够以微米、纳米级别来控制物质的结构和性能，具有精度高、效率高、可重复性好等优点，在电子、光电子、生物医学、化学、材料科学等领域具有广泛的应用前景。

激光技术是微纳制造技术中应用广泛的一种技术，可以实现高精度的微纳制造和表面修饰。

本文将结合激光技术和微纳制造技术的研究进展，重点探讨激光微纳制造技术在生产制造、生物医学等领域中的应用。

第二章激光微纳制造技术概述2.1 激光微纳制造技术分类激光微纳制造技术通常根据激光与物质的相互作用和器件制造过程的不同特点进行分类。

（1）激光加工技术：通过激光器的辐射将物质的部分或整体蒸发、熔化、脱附等现象，用以制造复杂的零部件和微小结构。

（2）激光刻蚀技术：根据激光与物质相互作用的压电效应，通过熔炼、汽化和光化等作用造成的氧化等加工过程，实现细节或精确切割。

（3）激光光刻技术：将激光束通过制造好的光罩模板，通过反射或透射作用，从而在光刻胶层表面形成图形的制造工艺。

2.2 激光微纳制造技术的优缺点（1）优点①高制造精度，能够制造微米、纳米级别的器件和结构；②制造过程非接触式加工，具有良好的重复性；③制造过程的加热区域小，避免了传统加工中产生的变形和损伤现象；④具有灵活性和可靠性，能够满足不同的制造要求。

（2）缺点①制造成本高，制造过程需要复杂的设备和技术支持；②制造速度相对较慢，需要更长的加工周期；③制造过程中容易产生热影响区，使得物质表面发生改变。

第三章激光微纳制造在生产制造领域的应用3.1 制造微小电子器件微小电子器件在当今的生产制造过程中越发重要。

激光微纳制造技术具有高精度、快速、灵活和可靠的特点，因此被广泛应用于微小电子器件的研发和生产过程中。

激光微细电路板的制造进程中需要涉及到激光加工、光刻、超声波喷淋和自动光刻等技术，实现了对微小器件的高精度制造控制。

玻璃微纳加工
玻璃微纳加工主要涉及对玻璃材料进行微纳级别的加工和制造，包括但不限于以下几种方法：
激光钻孔技术：通过激光能量在玻璃表面产生微小的孔洞，可用于制造微通道、微喷口等结构。

微纳切割技术：利用激光或其他高能束流在玻璃表面进行微米级别的切割，可以制作出微小的线条、图案等。

微纳抛光技术：通过化学或物理的方法对玻璃表面进行抛光，使其表面粗糙度达到纳米级别，以提高光学性能。

纳米压印技术：利用纳米级别的模板将所需的图案或结构压印到玻璃表面，可以得到高分辨率、高对比度的特征。

离子束刻蚀技术：利用离子束对玻璃表面进行轰击，可以制造出微米或纳米级别的凹槽、线条等结构。

以上方法可根据实际需求选择，并可结合使用以达到更好的加工效果。

机械制造中的微纳加工技术原理微纳加工技术是一种在机械制造领域中应用广泛的技术手段，它通过精密的控制和加工方法，能够在微米和纳米尺度下制造出高精度、高质量的微型和纳米级零部件。

该技术在电子、光电、生物医学以及纳米材料等领域发挥着重要作用。

本文将介绍机械制造中的微纳加工技术的原理。

一、微纳加工技术的分类与原理目前，微纳加工技术可以分为两大类：微细加工和纳米加工。

微细加工是指在微米尺度下进行加工和制造，如微孔加工、激光切割等。

纳米加工则是在纳米尺度下进行加工和制造，如原子力显微镜加工、光刻技术等。

1. 微细加工的原理微细加工主要依靠机械加工设备和工具，如微加工机床、精密切割机等。

其原理是通过控制加工设备和工具相对运动，对工件进行精细的切削、打磨和加工。

这些设备具有高精度的结构和控制系统，可以实现微米级的运动和加工精度。

2. 纳米加工的原理纳米加工主要借助于纳米级工具和纳米级材料，如原子力显微镜、电子束曝光机等。

其原理是利用纳米级工具的控制和操作能力，在纳米尺度下进行加工和制造。

例如，原子力显微镜可以通过控制探针的位置和运动轨迹，对纳米级工件进行操纵和加工。

二、微纳加工技术的应用领域微纳加工技术在许多领域都有广泛的应用，下面将以电子和生物医学领域为例进行介绍。

1. 电子领域微纳加工技术在电子领域中的应用主要包括集成电路制造、传感器制造和微电子器件制造等。

通过微纳加工技术可以制造出更小、更高性能的集成电路芯片，提高电子产品的功能集成度和性能。

同时，微纳加工技术还可以用于制造各种传感器，如压力传感器、光学传感器等，提高传感器的灵敏度和精度。

2. 生物医学领域微纳加工技术在生物医学领域中的应用主要包括生物芯片制造、细胞培养和药物输送等。

通过微纳加工技术可以制造出微型生物芯片，实现对细胞和分子的精确操控和检测。

此外，微纳加工技术还可以制造出微型药物输送系统，用于精确控制药物的释放和传输。

三、微纳加工技术的挑战与展望虽然微纳加工技术在许多领域都取得了显著的成果，但仍然存在一些挑战和问题。

机械制作微纳制造与精密加工的设计与制造流程随着科技的不断进步，微纳制造与精密加工成为了现代机械制作的重要领域。

本文将介绍微纳制造与精密加工的设计与制造流程，包括工艺选择、CAD设计、CAM加工以及质量控制等方面的内容。

一、工艺选择微纳制造与精密加工的工艺选择是一个关键的环节，需要根据产品的要求和材料的特性来确定。

常见的微纳制造工艺包括光刻、薄膜沉积、离子刻蚀等，而精密加工则可以采用传统的机械加工、电火花加工等方式。

在选择工艺时，需要考虑到成本、制造周期、加工精度等因素，以确保最佳的制造效果。

二、CAD设计在微纳制造与精密加工中，CAD设计起着决定性的作用。

通过CAD软件，可以对产品进行三维建模和工艺规划。

在设计过程中，需要注意尺寸的精确度和产品的可制造性。

CAD设计不仅可以提高产品的制造效率，还可以避免因设计缺陷而导致的制造问题。

三、CAM加工CAM加工是将CAD设计转化为具体的加工路径和指令，使得机床能够按照设计要求进行加工。

在微纳制造和精密加工中，CAM加工具有重要的意义。

通过CAM软件，可以将复杂的几何形状转化为机床可识别的G代码。

CAM加工可以提高加工的精度和效率，同时减少人为因素对加工过程的影响。

四、加工设备选择在微纳制造与精密加工中，设备的选择至关重要。

需要考虑到产品的材料、工艺要求和制造规模等因素。

常见的加工设备包括数控机床、雷射切割机、电火花加工机等。

在选择设备时，需要确保设备具备足够的稳定性和可控性，以满足高精度和高效率的加工需求。

五、质量控制微纳制造与精密加工对质量控制要求极高。

在生产过程中，需要进行严格的质量控制和检测。

常见的质量控制方法包括测量、非接触检测、显微镜检查等。

通过这些质量控制手段，可以确保产品的尺寸精确度和表面质量符合设计要求。

六、维护与保养微纳制造与精密加工的设备需要进行定期的维护与保养，以确保其正常运行和加工精度。

维护与保养包括设备清洁、润滑、零部件更换等方面。

先进微纳加工技术在机械工程中的应用随着科技的不断推进和发展，先进微纳加工技术在各个领域都得到了广泛的应用。

在机械工程领域中，微纳加工技术也逐渐成为了一种重要的工具，为机械工程的发展带来了许多新的机会和挑战。

微纳加工技术是一种通过对物质进行微小尺度的加工和制造，以达到对其进行控制和改变的技术。

这种技术不仅可以制造出纳米尺寸的微小零件和组件，还可以通过对各种物质的特性进行调控，实现对材料性能的优化和改进。

在机械工程中，这种技术的应用可以帮助我们设计和制造出更小型化、更高效、更具功能性的机械设备和系统。

微纳加工技术在机械工程中的应用可以从几个方面来进行探讨。

首先，微纳加工技术可以用于制造微纳精密加工设备和工具。

在制造过程中，我们常常需要进行一些微细的、高精度的加工操作，传统的机械加工技术可能难以满足这些需求。

而通过微纳加工技术，我们可以制造出更小型化、更复杂的加工设备，如激光微细加工装置、原子力显微镜等，这些设备可以帮助我们实现对微小尺度物体的高精度加工和处理。

其次，微纳加工技术在机械工程中的另一个重要应用是制造纳米材料和纳米结构。

纳米材料具有许多独特的性质和特点，如高强度、高硬度、超导性等，这些性质使得纳米材料在许多领域都有广泛的应用前景，例如航空航天、能源领域等。

通过微纳加工技术，我们可以对材料进行纳米级别的加工和调控，制备出具有特定性能和功能的纳米材料和纳米结构。

这些材料和结构可以作为机械系统的构建基块，有助于改善机械系统的性能和效率。

此外，微纳加工技术还可以应用于制造微纳流体控制设备和系统。

微纳尺度下的流体行为具有很多独特的性质，如毛细效应、底部效应等，这些性质可以被用来实现对流体的精密控制和操纵。

通过微纳加工技术，我们可以制造出微纳流体控制器件和系统，如微流体芯片、纳米筛、纳米通道等，这些器件和系统可以被广泛应用于生物医学、化学分析等领域，为这些领域的研究和实践提供了重要的工具和平台。

综上所述，先进微纳加工技术在机械工程中的应用是多样而广泛的。

《微纳制造技术》教学大纲课程代码：NANA2027课程名称：微纳制造技术英文名称：Nanofabrication课程性质：专业教学课程学分/学时： 2分/36时考核方式：闭卷考试、课堂报告、课后作业开课学期： 5适用专业：纳米材料与技术先修课程：半导体器件物理后续课程：新能源材料与技术、纳米材料表征技术选用教材：唐天同，《微纳加工科学原理》，电子工业出版社，2010年一、课程目标通过本课程的理论教学与课后作业，使学生具备以下能力：熟悉微纳制造常用的工艺及方法，了解其应用场景及对比不同方法之间优缺点；可以运用公式计算解决材料选择、加工参数相关问题；对新兴微纳制造技术及未来发展趋势有一定了解。

（支撑毕业要求1-2）了解微纳制造工艺的基本概念、方法、理论、加工设备的发展演变过程和发展趋势，并结合微纳制造工艺在集成电路、纳米传感、光电子等器件领域应用，对微纳制造这一前沿研究领域有初步认识，建立相关领域的知识储备结构，并能在今后的工作中加以结合与应用。

（支撑毕业要求2-2）二、教学内容第一章绪论（支撑毕业要求1-2）课时：1周，共2课时教学内容：一、微电子的发展历史二、集成电路基本工艺流程三、纳米制造的发展要求学生：了解微电子工业以及微纳制造技术的发展历史，认识当前集成电路加工的主要流程和工艺。

第二章微电子与光电子集成技术中使用的材料（支撑毕业要求1-2，2-2）课时：2周，共4课时教学内容第一节晶体结构与性质一、晶体的几何结构二、晶体的电学性质三、晶体的光学性质第二节半导体材料一、元素半导体二、I II-V族半导体三、I I-VI族半导体四、I V-IV族化合物半导体第三节纳米结构与材料一、半导体超晶格结构二、量子阱、量子线和量子点要求学生：对晶体材料的几何结构、能带结构和电学性质基础认知；了解硅与几种典型半导体材料的特点和用途；了解新型一维、二维材料的结构特点以及用途。

第三章光刻（支撑毕业要求1-2，2-2）课时：2周，共4课时教学内容第一节光学光刻一、接触式和接近式曝光光刻二、投射式光刻三、先进光刻技术和其他改进分辨率的方法第二节光刻胶一、光刻胶类型三、涂敷和显影工艺三、光刻胶的化学放大和对比度增强技术第三节 X射线曝光技术一、X射线曝光原理二、X射线曝光技术应用要求学生：了解光刻技术的种类；学会改进分辨率的方法及相关参数计算；熟悉光刻工艺的具体步骤；认识新型光刻设备的优点及其应用；掌握使用软件绘制简单的光刻掩膜版的能力。

微型机器人中的微纳制造技术微型机器人是一种用于解决问题的小型机器人，它们可以在很多领域中使用，并且可以做许多不同的任务。

他们通常只有几毫米大小，并且通常是由许多不同的部分组成的。

要制造这些机器人，需要使用微纳制造技术，这种技术可以制造微小的部件并将它们组合成大型机器人。

微纳制造技术是一种制造微型机器人和其他微型设备的技术。

它可以制造微小的零件和组成它们的方式。

它使用控制和制造工具的微小化，使得可以制造极其微小的部件，并且可以将它们组装在一起。

在制造微型机器人时，使用微纳制造技术可以大大提高制造效率。

在这种制造技术中，要使用许多不同的工具和技术。

当涉及到微型机器人时，需要使用许多不同的技术来制造它们。

精密机械加工技术是其中之一。

在这种技术中，可以使用微型刀具，使微小的部件得以制造。

这种方法尤其适用于制造高精度部件。

另外，雕刻技术也是微纳制造技术的一部分。

在这种方法中，可以使用激光或其他工具来雕刻微小的部件。

这种方法特别适用于制造需要网状结构的部件。

制造微型机器人时，还需要使用化学技术。

微纳制造技术中的一种常见方法是电化学制造。

在这种方法中，可以使用小电极并在导电的材料上施加电流，制造微型部件。

另一种化学方法是通过反应来制造微米和纳米尺度的部件。

这种方法称为自组装，在这种方法中，微小的部件可以自动组装，在层次结构中制品。

使用微纳制造技术可以制造需要特别灵活的部件。

一种常见的用于制造微型机器人的灵活部件的方法是利用可聚合小分子或高分子。

利用这种方法，可以创造出可在不同的环境中作出更改的部件。

此外，微纳制造技术的另一个重要应用是光子学制造。

光子学涉及制造光学和光子学器件的技术，例如微型透镜和光子晶体，这对制造微型机器人来说非常有用。

使用这些部件可以使微型机器人更有效地执行任务，在诸如医疗、军事和环境中的各种领域中都有广泛的应用。

小结：微纳制造技术已经成为制造微型机器人和其他微型设备的重要技术。

它涉及许多不同的工具和技术，包括精密机械加工、雕刻和化学技术。

1.题目：基于微纳加工的声物制造技术研究论述2.摘要微纳科技在声物制造技术领域产生的影响巨大。

在微纳加工中，各种光刻技术和刻蚀技术的发展推动着这一技术的进步，而随着研究对象体积的缩小，这一技术也顺理成章地与生命体的最小单元——细胞相呼应。

通过将微纳技术应用于声物制造技术中，可以对声物技术进行深入研究，也可以在工业等领域中发挥声物制造技术的优势，本文对此进行了相关技术的研究论述。

3.前言微纳加工技术，顾名思义，是指亚毫米、微米和纳米量级的元器件以及由这类元器件构成的部件或者系统的优化设计、加工、系统集成和应用的技术[1]，该项技术属于先进制造技术的一类，在现代化工业发展迅速的今天具有广泛的应用领域，使用该技术设计加工生产的零器件具有微型化、批量化、低成本、高效率、高精度的优点，故微纳加工产业发展迅速。

微纳加工技术具有多学科交叉性和制造要素极端性的特点，其基本加工方法包括微纳加工方法与材料科学方法两种，微纳加工是对材料进行精细加工，材料科学方法主要采用控制原子、分子等纳米对象的相互作用力进行增材制造。

声物制造技术是以工业技术为核心，利用酶、微声物细胞等原料，结合声物化学工程技术对目标物品进行加工的技术[2]，具有原料可再生、可回收、加工过程清洁高效等特征，符合先进制造技术中的绿色制造理念，可以从原料的使用上直接避免高污染、高排放的不可持续加工模式，在化工、医药、能源、轻工业等传统制造业上可大大减少石油、煤炭等资源的利用，进而推动工业社会的可持续发展。

声物制造技术的发展主要有三个阶段，第一阶段以淀粉或油脂基为原料，第二阶段以木质纤维素为原料，第三阶段以一碳化合物为原料进行加工[3]，随着加工原料的体积的缩小，微纳加工技术在声物制造上的应用成为了热点。

4.微纳加工在声物传感上的应用4.1模型及理论Amy等人[4]在其研究中制作出一种能够进行单细胞蛋白印记的聚丙烯酰胺凝胶芯片，该芯片的组成如图所示。

图 1 凝胶芯片结构示意图4.2试验及条件作者将硅基SU-8光刻胶作为阳极，在聚丙烯酰胺凝胶上做出直径20微米、深度30微米的小孔阵列，再将细胞单个分散在小孔里，进行单细胞裂解实验，并在芯片上进行蛋白电泳分析。

微机电系统及纳米技术大作业题目：MEMS motor摘要：本文以微电机驱动方式为线索介绍静电型微电机、电磁型微电机、压电式微电机、形状记忆合金微电机和磁致伸缩型微电机的工作原理，结构组成以及应用前景。

关键字：微电机微机电系统微机械WORD中静电型微电机0 引言现代微电机的发展与新材料技术、微电子技术、微加工技术都息息相关，也正是由于这些包括MEMS等高科技的迅速发展，为微电机的开发和拓展注入了活力。

本文介绍了包括静电微电机、电磁型微电机、压电式微电机、形状记忆合金微电机和磁致伸缩型微电机的工作原理，结构组成以及应用前景。

1 微电机种类1.1 静电型微电机微电子技术的巨大成功在许多领域引发了一场微小型化革命，以加工为纳米结构和系统为目的微米/纳米技术在此背景下应运而生。

自1987年加州大学伯克利分校科学家研制首台静电微电机以来，微电机随着加工工艺、方法的突破取得长足发展。

静电微电机因其与IC(integrate circuit)兼容、转速高、易于控制等诸多优点成为研究重点。

静电微电机技术主体有五个方面，设计建模和仿真、加工制造、应用，如图1。

图1静电微电机包括顶驱动电机、测驱动电机、摆动电机、中心电机、法兰盘电机、线性步进电机、超声电机、双定子轴向驱动可变电容电机、外转子电机、电感应电机、快门电机等。

图2为纳米电机。

图21.1.1 设计MEMS中静电微电机的设计不同于传统电机系统的设计，主要区别是MEMS 的设计需要集成相关的制造和加工工艺新型静电感应微电机的设计，其转子上所加载的负荷主要来自于电机气隙与轴承间产生的粘滞曳力，这些驱动器的加工过程还不能与IC完全兼容。

1.1.2 建模和仿真为了加快和提高MEMS设计，研究者开发出多种建模和仿真工具用于多能域、多学科交叉系统的建模和仿真，如VHDL-AMS可用于微电机的系统建模，Spice 和Saber可用于静电学仿真，ANSYS可用于多能域（机械、热和静电等）系统仿真。