[实用新型]一种纳米级薄膜图案电化学刻蚀加工系统

说明书

本实用新型专利公开了一种纳米级薄膜图案电化学刻蚀加工系统，系统包括具有纳米级孔径的毛细管、电解液暂存容器、电解系统、电解液流出控制系统、湿度控制系统、支撑密闭箱、运动定位平台、显微视觉摄像机、减震平台、加工件放置基座和控制计算机；该方法利用纳米级孔径毛细管与被加工薄膜件之间形成的电解液桥将电化学刻蚀反应限制在纳米级范围，通过纳米级平台驱动液桥与被加工薄膜件的相对运动，从而实现纳米级薄膜图案的加工。相比于传统的激光光刻刻蚀加工方法，本实用新型可以单步完薄膜的加工，具有运行成本低，过程简便和加工灵活的优点。

技术领域

本实用新型专利具体涉及一种纳米级薄膜图案电化学刻蚀加工系统，属于纳米制造技术领域。

背景技术

纳米级制造(Nanofabrication)或纳米级加工Nanomachining)技术是指构造几纳米到几百纳米尺度下功能性结构或设备的技术，它是纳米科学技术的重要组成和其它纳米级科学技术的基础。纳米级加工技术涉及到电子工程、机械工程、材料科学、物理学、化学等学科，属于多学科交叉的前沿性研究和应用领域。

纳米加工技术的发展具有重要的科学和实际意义：一方面纳米加工技术将推动相关纳米级科学的进步，是许多纳米尺度下基础科学现象研究的必备条件；另一方面纳米加工技术在信息、材料、环境、能源、生物、医学和国防等领域有重要的研究价值和广阔应用价值。从应用角度讲，纳米级加工技术已广泛应用于集成电路、纳机电系统、纳流控装置、太阳能电池、平板显示器、化学生物传感器、生物医学、器官组织等的制造。

纳米加工方法主要源自集成电路制造技术，即以光刻技术为代表的纳加工技术。具体讲，在化学刻蚀和薄膜沉积等技术的协助下，通过光将特定纳图案从光掩膜上转移到基底上，该方法属于并行制造方式，适应于大规模的生产制造。该工方法被提出应用于科学研究领域，例如基于扫描探针显微镜纳加工、自装配技术等。

目前纳米级薄膜的刻蚀加工主要存在两种方式，即浸蘸笔纳米加工制造技术和激光刻蚀加工。

DPN(Dip Pen Nanolithography)是美国西北大学的Mirkin教授小组和 Nanoink公司开发的基于原子力显微镜的纳米制造技术，国内又称作浸蘸笔纳米加工制造技术，如附图3所示。通过对被转移材料或物质的精确控制，可以在衬底表面构造出任意的纳米结构。随着与相关技术的发展，DPN逐渐发展为一种操作简单的纳米刻蚀技术。吸附在原子力显微镜(AFM)针尖上的并与基底存在化学作用力的“墨水”分子，通过凝结在针尖与基底间水滴的毛细管作用和表面张力，逐渐转移到基底表面上以实现纳米模板的可控制作。因此，DPN是一种简单方便的从AFM针尖到基底传输分子的方法。DPN技术可在纳米尺度范围内实现多组分的可控组装,其分辨率高,对样品需求量少,破坏作用小。墨水分子可为多种有机小分子、有机染料、蛋白质分子、DNA、硅烷类试剂、导电聚合物、无机纳米粒子、导电金属“墨水”或无机盐。

浸蘸笔纳米加工制造技术，是一种增材加工方式，是将分子传递到基底上实现纳米制造的一种纳米技术，无法实现对基底的减材或者刻蚀加工。

激光加工是利用光的能量经过透镜聚焦后在焦点上达到很高的能量密度，靠光热效应和光化学反应来加工的。激光热加工是指利用激光束投射到材料表面产生的热效应来完成加工过程，光化学反应加工是指激光束照射到物体，借助高密度激光高能光子引发或控制光化学反应的加工过程，如附图4所示。

激光加工的应用范围很广，但是应用于纳米级加工薄膜时，不仅其相关的加工装备成本很高，而且加工的过程繁琐，限制其应用的推广。例如激光加工薄膜，需要首先在被加工薄膜的表面涂上一层薄光刻胶，利用激光加工技术在薄膜上加工图案，激光束照射到物体，借助高密度激光高能光子引发或控制光化学反应，然后化学溶液中将发生或未发生反应部分光刻胶去除，再将其放入化学溶液中将未覆盖光刻胶部分的薄膜腐蚀，然后将覆盖的光刻胶在化学溶液中溶解，获得最终的加工薄膜。