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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、處理器以及芯片實驗室微流系統(tǒng)的關(guān)鍵工具，其中芯片實驗室的微流系統(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，飛納臺式掃描高分辨率專業(yè)版 Phenom Pro 型號掃描電鏡是一個重要的工具。同大學(xué)里常見的實驗室相比，Newport 公司的 TAC 實驗室更小，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)域進行實驗、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：這就意味著加工錯失了一整個維度。其他的局限性還包括：

·加工這些結(jié)構(gòu)的儀器費用高

·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，擁有一個能在納米精度下準確測量加工微結(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)的拓撲形貌和均勻性，進而確保“構(gòu)建”質(zhì)量達到設(shè)計要求。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：一臺掃描電鏡是表征樣品寶貴的工具。當(dāng)樣品燒蝕時，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撲結(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。這是一個可以把客戶自有的激光連接到機器上，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)入一個二維圖形，并通過移動帶有固定激光器的臺子將圖形重塑。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，表明一臺掃描電鏡是表征產(chǎn)品和驗視納米微結(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 驗視納米微結(jié)構(gòu)，請 info@phenom-china.com 免費獲取該案例研究。