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3D纳米结构高速直写机      
 

           3D纳米结构高速直写机

源自IBM最新研发成果     


    NanoFrazor纳米3D结构直写机的问世,源于发明STMAFMIBM苏黎世研发中心,是其在纳米加工技术的最新研究成果。NanoFrazor纳米3D结构直写机第一次将纳米尺度下的3D结构直写工艺快速化、稳定化。

    NanoFrazor采用尖端直径为5nm的探针,通过静电力精确控制实现直写3D高精度直写,并通过悬臂一侧的热传感器实现实时的形貌探测。相对于其他制备技术如电子束曝光/光刻技术(EBL), 聚焦离子束刻蚀(FIB)有以下特点:
   ■   3D纳米直写能力
         高直写精度 (XY: 10nm, Z: 1nm)
         高速直写 20 mm/s 与EBL媲美
   ■   无需显影,实时观察直写效果
         形貌感知灵敏度0.1nm
         样品无需标记识别,多结构套刻,对准精度 5nm
   ■   无临近效应
         高分辨,高密度纳米结构
   ■   无电子/离子损伤
         高性能二维材料器件
   ■   区域热加工和化学反应
         多元化纳米结构改性
   ■   大样品台
         100mm X 100mm
 
 新产品发布:NEW!!  NanoFrazor Scholar --小面积直写
     ■   3D纳米直写能力
         高直写精度 (XY: 30nm, Z: 1nm)
         高速直写 10 mm/s
   ■   无需显影,实时观察直写效果
         形貌感知灵敏度0.1nm
         样品无需标记识别,多结构套刻,对准精度 10 nm
   ■   无临近效应
         高分辨,高密度纳米结构
   ■   无电子/离子损伤
         高性能二维材料器件
   ■   区域热加工和化学反应
         多元化纳米结构改性
   ■   小样品台
         30mm X 30mm

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    该技术自问世以来已经多次刷新了世界上最小3D立体结构的尺寸,创造了世界上最小的马特洪峰模型,最小立体世界地图,最小刊物封面等世界记录。
 



 
独特的直写与反馈流程  
 

PPA(聚苯二醛) 直写胶涂敷在样品表面。

背热式直写探针微区电阻式加热针尖。与针尖接近的PPA受热瞬间分解,周围部分由于PPA热导率低而不受影响。

热针震动模式直写直写时探针加热,每次下针幅度受静电力控制,垂直精度 1 nm,从而写出3D图形。

冷针接触模式扫描回程扫描时探针冷却,由侧壁的热感应器探测样品高度变化(精度0.1nm), 获得样品形貌。反馈数据修正下一行直写。
 
独有的直写针尖设计
   
    普通的AFM针尖无法满足上述NanoFrazor直写流程的需求,因此NanoFrazor所用针尖是由IBM专门研发设计的。该针尖具有两个电阻加热区域,针尖上方的加热区域可以加热到1000oC。 第二处加热区域作为热导率传感器位于侧臂处,其能感知针尖与样品距离的变化,精度高达0.1 nm。因此在每行直写进程结束后的回扫结构时,并不是通过针尖 起伏反馈形貌信息,而是通过热导率传感器感应形貌变化,从而实现了比AFM快1000余倍的扫描速度,同避免了针尖的快速磨损消耗。

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NanoFrazor技术特点
 

其他功能

● 纳米颗粒有序定位排列

● 纳米局部化学反应诱导

● 表面化学图案、结构生成
纳米颗粒有序定位排列
 氧化石墨烯的定位还原
 

图形转移

    通过NanoFrazor3D纳米结构直写机获得的纳米图形结构,可以通过传统成熟的工艺技术,如干法刻蚀,电镀、注射成型法等进行图形转移。
 
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 应用领域      

快速原型设计开发

● 衍射透镜,全息图

● 非球面微透镜阵列

● 波导纤维、光子晶体

MEMS/NEMS

● 表面等离子激元,超材料

● 纳米磁学

● 纳米电子器件

● 生物细胞研究

● 纳米流体控制

● 反物质物理学
 

微纳结构

防伪标识

DFB 激光、

ASICs 的关键部位加工

模板加工

光掩模板

纳米压印印章

注射成型模具

 

 

 




 
几种微加工技术对比

1  Dip Pen NanoLithography浸蘸笔纳米加工刻蚀
2  Local Anodic Oxidation局部阳极氧化(基于AFM)
3  Derect Laser Writing激光直写技术(基于光刻胶)
4  Focussed Ion Beam聚焦离子束刻蚀(Ga离子源)
5  Electron Beam Induced Depositon电子束诱导沉积
6  Electron Beam Lithograpy 电子束光刻
优势:适用于各种生物墨水
优势:直写
优势:快速
优势:3D刻写,适用各种材料
优势:高分辨率
优势:分辨率高,工艺成熟
缺点:速度慢,分辨率低
缺点:速度慢
缺点:分辨率低
缺点:速度慢,损伤样品
缺点:速度慢
缺点:临近效应,较复杂
7. NanoFrazor Explore
   
 
    NanoFrazor与传统的微纳加工设备如纳米醮印,激光直写,聚焦离子束刻蚀FIB,电子束诱导沉积,电子束光刻EBL等技术相比,具有高精度3D纳米结构直写,具备实时形貌探测的闭环刻写技术以及无需标记拼接与套刻等独特技术优势。加上其性价比高,使用和维护成本低,易操作等特点,成为广受关注的纳米加工设备。
 
国内外客户
     
     
 
 已发表的文献

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Garcia (Nat Nano 2014) Advanced scanning probe lithography

Rawlings (IEEE Nano 2014) Nanometer accurate markerless pattern overlay using thermal Scanning Probe Lithography

Holzner (SPIE EMLC 2013) Thermal Probe Nanolithography

Cheong (Nanoletters 2013) Thermal Probe Maskless Lithography for 27.5 nm Half-Pitch Si Technology

Fei Ding (PhysRevB 2013) Vertical microcavities with high Q and strong lateral mode confinement

Carrol (Langmuir 2013) Fabricating Nanoscale Chemical Gradients with ThermoChemical NanoLithography

Paul (Nanotechnology 2012) Field stitching in thermal probe lithography by means of surface roughness correlation

Kim (Advance Mat 2011) Direct Fabrication of Arbitrary-Shaped Ferroelectric Nanostructures on Plastic, Glass, and Silicon Substrates

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Wei and King (Science 2010)Nanoscale Tunable Reduction of Graphene Oxide for Graphene Electronics

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Fenwick (Nat Nano 2009) Thermochemical nanopatterning of organic semiconductors

Lee (Nanoletters 2009) Maskless Nanoscale Writing of Nanoparticle-Polymer Composites and Nanoparticle Assemblies using Thermal Nanoprobes

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