NanoFrazor——纳米加工新技术攻略

发布日期：2019-12-09

    科学技术不断发展的时代，功能结构的微纳米化不仅可以带来能源与原材料的节省，同时可以实现多功能的高度集成和生产成本的大大降低。微纳米加工技术主要分为直接加工技术和图形转移技术。直接加工技术有激光加工，聚焦离子束(FIB)刻蚀，Local Anodic Oxidation局部阳极氧化(基于AFM)，Dip Pen NanoLithography浸蘸笔纳米加工刻蚀等； 图形转移技术主要分为三个部分：薄膜沉积，图形成像（必不可少），图形转移。作为微纳加工工艺的核心，图形生成工艺可分为三种类型：(1) 平面图形化工艺，探针图形化工艺，模型图形化工艺。平面图形化工艺的核心是平行成像特性，主要包括光刻技术(掩模，直写)，电子束曝光(EBL)；(2) 探针图形化工艺是利用高精度探针对样品或涂层进行逐点扫描成像技术，具有精度高，部分实现直写，3D加工等，代表技术有：热式扫描探针技术（NanoFrazor）；(3) 模型图形化工艺是利用微纳米尺寸的模具复制出相应的微纳米结构，典型工艺是纳米压印技术(NIL)，还包括模压和模铸技术。

    虽然目前微纳加工技术众多，但能够实现纳米级(100nm以下)分辨率的结构加工仅有： 聚焦离子束刻蚀(FIB)，纳米压印技术(NIL) 和 电子束曝光(EBL)。聚焦离子束刻蚀(FIB) 采用聚焦后的离子束撞击材料表面并实现去除基体材料的目的，可实现3D纳米结构直写，适用材料广泛，但加工精度不高；纳米压印NIL采用具有纳米微结构的模板将其上的图形转移到其他材质上，效率高，但模板本身需要其他工艺制备，一般采用EBL，模板价格昂贵，无法修改图形，适用于大批量生产；电子束曝光利用聚焦电子束将胶体改性，经过显影高可实现10 nm精度的加工，是传统高精度加工的典范，但其价格昂贵，操作繁杂，临近效应使得两个结构无法贴近。

    瑞士Swisslitho公司的 3D纳米结构高速直写机NanoFrazor采用IBM苏黎世研究中心研发多年的热探针扫描刻写技术及新型的直写胶技术，创新地将基于热探针的纳米结构刻 写和基于冷探针形貌读取相结合，实现高精度3D 纳米结构的直写和实时的形貌探测功能。该技术创新获得R&D杂志2015年R&D top 100大奖。NanoFrazor凭借其10 nm的加工精度和0.1 nm精度的形貌探测能力，成为纳米加工领域的新技术。