[发明专利]一种纳米器件的表面预应力施加方法

说明书

所属技术领域

本发明属于电子元器件组装与加工技术领域，涉及一种纳米器件的表面预应力施加方法。

背景技术

从微电子向纳电子元器件技术发展的过程中，器件的集成度越来越高，而相应产生的科学问题、工程问题也越来越多。高集成度元器件集成在一个芯片或者一个小表面空间上时，器件表面高集成度的微小元器件相对有些“脆弱”，容易受到外力而剥落。因此，如果可以提升高密度集成元器件的表面强度，将会具有非常大的工程应用前景。

同时，由于高密度集成的纳米器件中，有相当一部分的器件是压电敏感阵列薄膜状元器件，因此样品微单元结构的“刚性、柔性”就成为了微信号传感灵敏度的根本。对于传统微电子工艺而言，器件完工的时候，其杨氏模量、机械强度就已经被固化，无法改变了。如果可以利用后期热处理手段人为连续可控调节机电耦合机理的传感器性能指标，将会大幅度推进科学与工程界的发展。

传统的淬火工艺主要是将金属工件加热到某一适当温度并保持一段时间，随即浸入淬冷介质中快速冷却的金属热处理工艺。常用的淬冷介质有盐水、水、矿物油、空气等。淬火可以提高金属工件的硬度及耐磨性，因而广泛用于各种工、模、量具及要求表面耐磨的零件。而类似淬火工艺效果的，还有钢化玻璃加热后的风道风冷法，施加预应力的工艺。使得钢化玻璃的强度远远优于普通玻璃的机械强度。因此，对高集成度纳米器件的淬火，也会是一种宏观到介观世界的创新发展。高集成度纳米元器件热淬火工艺，其发展趋势必然是工艺简单、效果明显，并且成本低廉。

发明内容

本发明的目的是提出一种工艺简单、效果明显，并且成本低廉的纳米器件的表面预应力施加方法。本发明的技术方案如下：

一种纳米器件的表面预应力施加方法，其特征在于，将纳米器件在热处理设备中以2-8℃/min的速度升温到100～500℃之间的某个温度，再置于（0～35℃）的较低温度环境中进行快速冷却。

作为一种实施方式，所述的表面预应力施加方法，其特征在于，以5℃/min的速度缓慢升温到400℃，之后，将其置于冰点温度的平台上；所述的热处理设备为马弗炉、管式炉或电阻炉。

本发明将宏观热处理手段中的热淬火工艺，做适当调整后，引入高集成度微米、纳米元器件芯片中，将会人为可控的调整系统的热应力分布，以实现元器件集成系统的人为二次性能调整，从而提高样品的表面强度。本发明的微纳米尺度热处理工艺可为科学家们探索微观世界提供新的实验手段，应用范围也相当广泛。这样，就会使得微纳米加工技术进入更加人为可控设计与加工的程度。同时实现真正意义上的“纳米热处理技术”，并商业化。

具体实施方式

下面对本发明的技术方案进行详细说明。

由于高集成度的精密元器件无法承受传统金属冶金工艺中的高温热淬火温度，过大的热冲击可能会造成器件致命性的毁坏。因此，可借鉴较为温和的手段进行处理。元器件可以在热处理设备（马弗炉、管式炉、电阻炉等设备，且不仅仅限于此的所有可以加热的手段均可以）中以2-8℃/min的速度升温到到一定程度（100～500℃），然后将加热后的高集成度样品，急速放置于较低温度环境中（0～35℃）。可以直接放置于空气环境中，也可以直接放于冰点的平台上（将硅片或者石英玻璃片至于冰块之上）。这样，由于样品表面的急速遇冷收缩，会在元器件表面产生预应力，提高样品的表面强度。

本发明的一个实施例：元器件可以在箱式马弗炉内，以5℃/min的速度升温到400℃，然后将加热后的高集成度样品，急速放置于冰点的平台上（冰点温度的样品台上，将硅片或者石英玻璃片至于冰块之上）。这样，由于样品表面的急速遇冷收缩，会在元器件表面产生预应力，提高样品的表面强度。