一种液相微纳加工方法和设备技术

本发明专利技术提供一种液相微纳加工方法及设备，所述设备结合液相纳米加工方法，在基于纳米玻璃微管的微纳加工设备上实现纳米薄膜的图形化加工、固体纳米孔加工和纳米3D打印，其采用石英音叉控制纳米玻璃微管直接接触纳米薄膜进行加工，采用设置偏压电压或者电流的方式加工纳米薄膜。本发明专利技术的液相微纳加工方法和设备可以同平台实现纳米图形加工、纳米孔或者纳米孔阵列加工以及3D纳米打印等多项工作，即实现了减材制造，又实现了增材制造，可以大大的提高加工的复杂度，尤其是纳米级加工的复杂度。

【技术实现步骤摘要】
一种液相微纳加工方法和设备
本专利技术属于微纳加工
，涉及一种液相微纳加工方法和设备，其能够在各种类型的薄膜基材上制备各种形状图案。
技术介绍
微纳加工技术是自集成电路技术发展以来，各个国家各大企业着力突破和提高的核心技术，也是各国之间科技的核心竞争力。光刻设备是微纳加工领域的核心设备，直接决定了生产器件的能力，进而影响一个国家综合国力的长远发展。目前，光刻主要有两种形式，包括微光刻和微纳米加工，或者说是光掩模制造和电子束光刻。光刻的最终目的是在薄膜、塑料或玻璃基体材料上制作各种功能图形并精确定位，以便用于光致抗蚀剂涂层选择性曝光的一种结构，称为光刻掩模版。现有的光刻设备主要包括紫外激光刻蚀系统和电子束曝光系统，前者采用波长极小的紫外线作为激光光源，并通过采用浸没式加工等方法将加工精度提高到了纳米级，能实现现有速度最快，加工精度最高的工厂化芯片生产；后者采用不受衍射极限限制的电子束进行微纳加工，并实现了电子束的直接刻蚀和曝光，可以应用于许多特殊应用场合和小批量高精度的器件加工。但是，这两者都是资本密集型的微纳加工方法，并且其加工精度受环境温度、光刻胶性能等的影响较大，整机设备的研发周期较长。因此，研究新的微纳加工方法和设备具有重要的意义。
技术实现思路
基于现实和生产实践的需要，本申请人投入大量资金，并经过长期研究，提供了一种液相微纳加工方法和设备，其能够在各种类型的薄膜基材上制备各种形状图案，尤其能够同平台实现微纳器件的减材制造和3D打印，进而实现复杂微纳器件的加工制造，可以实现固体纳米孔阵列加工，尤其可以实现掩模板等微纳器件加工，用于微纳加工等领域。依据本专利技术专利技术方案的第一方面，提供一种液相微纳加工设备，其结合液相纳米加工方法，在纳米玻璃微管的微纳加工设备上实现纳米薄膜的图形化加工、固体纳米孔加工和纳米3D打印，其采用石英音叉控制纳米玻璃微管直接接触纳米薄膜进行加工，采用设置偏压电压或者电流的方式加工纳米薄膜。其中液相微纳加工设备包括纳米玻璃微管、石英音叉探针、纳米控制平台及控制器、信号发生器、锁相放大器、纳米薄膜、电极及纳米薄膜基底、偏压电路和控制系统。其中，纳米玻璃微管用于控制缓冲溶液与纳米薄膜的接触面积和接触形式；在激光的作用下通过设置纳米玻璃微管拉制参数采用玻璃毛细管拉制得到纳米玻璃微管，石英音叉探针的悬臂与纳米玻璃微管的管尖3mm-5mm处贴合，使用纳米玻璃微管夹持器固定安装纳米玻璃微管，纳米控制平台及控制器运动控制纳米玻璃微管；纳米玻璃微管与偏压电路通过银或者氯化银电极连接。此外，石英音叉探针用于检测两组纳米玻璃微管电极纵向与纳米薄膜的接触位移变化；石英音叉探针与纳米玻璃微管管尖贴合连接，石英音叉探针与信号发生器和锁相放大器通过音叉端电极接口连接，其中信号发生器为石英音叉提供驱动信号，锁相放大器检测石英音叉的振幅、频率、相位变化情况，进而计算出石英音叉悬臂横向受力情况，推算出纳米玻璃微管尖端与纳米薄膜直接的距离关系。依据本专利技术专利技术方案的第二方面，提供一种液相微纳加工方法，其包括以下步骤：步骤1，拉制纳米玻璃微管，并注入缓冲溶液，缓冲液注入方式包括离心法注液，微波法注液；使用纳米玻璃微管夹持器将纳米玻璃微管安装在上侧纳米控制平台及控制器上，连接上电极，该电极与偏压电路连接；步骤2，将石英音叉探针固定在纳米控制平台及控制器上，分别连接2组石英音叉电极到信号发生器和锁相放大器上；步骤3，设计纳米控制平台及控制器，在纳米控制平台及控制器分别控制两组石英音叉，纳米薄膜芯片；步骤4，选择具有至少两路检测功能的信号发生器和锁相放大器器件，并能通过电脑端控制和检测；步骤5，制备纳米薄膜芯片；所述纳米薄膜芯片为待加工的样品器件，纳米薄膜芯片分为待加工固体纳米孔或者纳米孔阵列的悬空纳米薄膜芯片和薄膜下端镀有导电层铬或者金的光刻胶纳米薄膜或者PMMA纳米薄膜的芯片；步骤7，设计或制作用于微纳加工的偏压电路，偏压电路能够提供远高于纳米薄膜击穿电压的电压输出和能够使纳米薄膜改性的电流输出；步骤8，设计或控制整个微纳加工过程的电脑端系统。相比于现有技术，本专利技术的液相微纳加工方法和设备采用液相的接触方式加工纳米薄膜，结合电击穿和电场改性的方式加工纳米级图形和纳米孔等；采用偏压电路提供加工电场，可加工的材料范围广，可提供的电场范围大，进而可以加工不同材料，不同厚度的(0.35nm-300nm)的薄膜材料。在本专利技术中，采用石英音叉与纳米玻璃微管管尖垂直贴靠的方式进行纳米检测，使得石英音叉工作在较高的品质因素下，受纳米玻璃微管重量的影响较小，进而可以获得nm级的距离检测精度，大大的提高了纳米加工精度。本专利技术的液相微纳加工方法和设备可以实现同平台实现纳米图形加工、纳米孔或者纳米孔阵列加工以及3D打印等多项工作，即实现了减材制造，又实现了增材制造，可以大大的提高加工的复杂度，尤其是纳米级加工的复杂度。由于整机采用的是液相加工模式，本专利技术的液相微纳加工方法和设备可以为很多生物分子组装和调整提供可能。附图说明图1是本专利技术的系统结构示意图；图2是本专利技术的纳米玻璃微管拉制工艺图；图3是用于微纳图形加工的纳米薄膜结构示意图；图4是用于纳米孔加工的纳米薄膜结构示意图；图5是用于3D纳米打印的纳米基底结构示意图；图6是本专利技术的制备完成的纳米孔IV曲线和电镜图。附图中的标记如下：图1中，纳米玻璃微管1，石英音叉探针2，纳米控制平台及控制器3，信号发生器4，锁相放大器5，纳米薄膜6，电极及纳米薄膜基底7，偏压电路8，控制系统9。图2中，玻璃毛细管101，激光102，纳米玻璃微管1，拉制参数103。图3、图4和图5中，硅基材料701，镀铬/金层702，纳米薄膜6。图6中，不同电压(11V、15V、20V、40V)在10nm氮化硅纳米薄膜上加工纳米孔的IV曲线图601，对应20V电压加工的透射电镜图602；对应40V电压加工的透射电镜图603。具体实施方式下面将结合本专利技术专利实施例中的附图，对本专利技术专利实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术专利的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术专利中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术专利保护的范围。本专利技术的液相微纳加工方法和设备属于一种新型微纳加工方式，实现了液相环境下的微纳加工，本专利技术基于纳米玻璃微管的微纳加工设备，结合液相纳米加工方法，能够在该设备上实现纳米薄膜的图形化加工、固体纳米孔加工和纳米3D打印等工作。其采用石英音叉控制纳米玻璃微管直接接触纳米薄膜进行加工，采用设置偏压电压或者电流的方式加工纳米薄膜，使得微纳加工精度得到较大的提高，并且能在该系统上进行图形加工，纳米孔或者纳米阵列加工以及纳米3D打印工作。整个系统较为小巧，并且不受加工尺寸的限制。...

【技术保护点】
1.一种液相微纳加工设备，其特征在于：其结合液相纳米加工方法，在纳米玻璃微管的微纳加工设备上实现纳米薄膜的图形化加工、固体纳米孔加工和纳米3D打印，其采用石英音叉探针控制纳米玻璃微管直接接触纳米薄膜进行加工，采用设置偏压电压或者电流的方式加工纳米薄膜。/n

【技术特征摘要】
1.一种液相微纳加工设备，其特征在于：其结合液相纳米加工方法，在纳米玻璃微管的微纳加工设备上实现纳米薄膜的图形化加工、固体纳米孔加工和纳米3D打印，其采用石英音叉探针控制纳米玻璃微管直接接触纳米薄膜进行加工，采用设置偏压电压或者电流的方式加工纳米薄膜。


2.根据权利要求1所述的液相微纳加工设备，其特征在于：其包括纳米玻璃微管(1)、石英音叉探针(2)、纳米控制平台及控制器(3)、信号发生器(4)、锁相放大器(5)、纳米薄膜(6)、电极及纳米薄膜基底(7)、偏压电路(8)和控制系统(9)。


3.根据权利要求2所述的液相微纳加工设备，其特征在于：纳米玻璃微管(1)用于控制缓冲溶液与纳米薄膜的接触面积和接触形式。


4.根据权利要求2所述的液相微纳加工设备，其特征在于：在激光(102)的作用下通过设置纳米玻璃微管拉制参数采用玻璃毛细管(101)拉制得到纳米玻璃微管(1)，石英音叉探针(2)的悬臂与纳米玻璃微管(1)的管尖3mm-5mm处贴合，使用纳米玻璃微管夹持器固定安装纳米玻璃微管，纳米控制平台及控制器(3)运动控制纳米玻璃微管；纳米玻璃微管与偏压电路(8)通过银或者氯化银电极连接。


5.根据权利要求3所述的液相微纳加工设备，其特征在于：石英音叉探针(2)用于检测两组纳米玻璃微管(1)的电极纵向与纳米薄膜的接触位移变化。


6.根据权利要求4所述的液相微纳加工设备，其特征在于：石英音叉探针(2)与纳米玻璃微管(1)管...

【专利技术属性】
技术研发人员：方绍熙，王德强，何石轩，殷博华，谢婉谊，曾德琳，罗志勇，周大明，王赟姣，唐鹏，石彪，梁丽媛，尹雅洁，周硕，
申请(专利权)人：中国科学院重庆绿色智能技术研究院，
类型：发明
国别省市：重庆;50