Boks Kracht Berekenaar & Formule (Online & Gratis)
Heb je je ooit afgevraagd hoe je kunt zorgen voor een succesvol metaalstempelproject? In deze blogpost duiken we in de kritieke factoren die uw stempelproces kunnen maken of breken....
Stel je voor dat je complexe machines kunt verkleinen tot de grootte van een virus. Nanofabricagetechnieken, zoals optische lithografie en scanning tunneling microscopie, maken dit mogelijk. Deze methoden manipuleren materialen op atomair niveau en beloven revolutionaire vooruitgang in technologie en geneeskunde. In dit artikel ontdek je vier baanbrekende nanofabricagetechnieken die de grenzen van het mogelijke verleggen. Leer hoe deze innovaties industrieën kunnen transformeren en ons dichter bij een toekomst brengen waarin miniatuurapparaten buitengewone taken uitvoeren.
Net zoals productietechnologie tegenwoordig een cruciale rol speelt op verschillende gebieden, neemt nanofabricagetechnologie een sleutelpositie in op het gebied van nanotechnologie. Nanofabricagetechnologie omvat talloze methoden, waaronder mechanische bewerking, chemisch etsen, machinale bewerking met energiebundels en elektrische veldtechniek op aluminiumoppervlakken met behulp van scanning tunneling microscopie (STM).
Er is nog geen eenduidige definitie voor nanofabricagetechnologie; over het algemeen wordt het verwerken van materialen met afmetingen onder 100 nm aangeduid als nanofabricage, net als het verwerken met oppervlakteruwheid op nanometerniveau. Nanofabricage verwijst naar de verwerking van onderdelen waarbij de nauwkeurigheid van de afmetingen, de nauwkeurigheid van de vorm en de oppervlakteruwheid allemaal op nanometerniveau liggen.
De volgende bewerkingstechnologieën kunnen bewerkingen op nanoschaal uitvoeren:
Mechanische bewerkingsmethoden op nanoschaal omvatten ultraprecies snijden met enkelpuntgereedschappen gemaakt van diamant met één kristal en CBN, ultraprecieze meerpuntsslijpbewerkingen met slijpgereedschappen gemaakt van diamant en CBN-slijpmiddelen, en vrije slijpbewerkingen of mechanisch-chemische composietbewerkingen zoals slijpen, polijsten en elastische emissiebewerking.
Op dit moment heeft ultraprecies snijden met diamantgereedschappen met één punt in laboratoria spanen geproduceerd die zo dun zijn als 3 nm, en slijpen op nanoschaal is bereikt met behulp van ductiele slijptechnologie. Verwijdering op sub-nanoschaal kan worden bereikt met processen zoals elastische emissiebewerking, wat resulteert in oppervlakteruwheid op Angstrom-niveau.
Het bewerken met energiebundels is een speciale bewerkingsmethode waarbij energiebundels met hoge dichtheid, zoals laserbundels, elektronenbundels of ionenbundels, worden gebruikt om materialen van het werkstuk te verwijderen. Het omvat voornamelijk ionenbundelbewerking, elektronenbundelbewerking en lichtbundelbewerking.
Elektrolytische straalbewerking, elektrische ontladingsbewerking, elektrochemische bewerking, moleculaire bundelepitaxie en fysische en chemische dampdepositie vallen ook onder energiestraalbewerking. Verwijderen door sputteren, precipitatie en oppervlaktebehandeling met ionenbundels en etsen met ionenbundels zijn ook richtingen voor onderzoek en ontwikkeling op nanoschaal.
Vergeleken met het snijden met massief gereedschap zijn de positie en bewerkingssnelheid van ionenbundels moeilijk te bepalen. Om een machinenauwkeurigheid op nanoschaal te bereiken, zijn een detectiesysteem op sub-nanoschaal en een gesloten-lus aanpassysteem voor de bewerkingspositie nodig.
Elektronenbundelbewerking verwijdert atomen van het oppervlak van de penetratielaag in de vorm van thermische energie, die gebruikt kan worden voor etsen, fotolithografische belichting, lassen, micromachines en boren en frezen op nanoschaal.
Begin 1999 werden achtereenvolgens diep-ultraviolet (DUV) lithografiemachines voor 0,18 μm processen gelanceerd. De zogenaamde volgende generatie lithografietechnologieën (NGL) die worden gebruikt om optische lithografie na 0,1 μm te vervangen, omvatten voornamelijk extreem ultraviolet-, röntgen-, elektronenbundel- en ionenbundellithografie. Hieronder volgt een korte introductie tot de vooruitgang van verschillende lithografietechnologieën.
Optische lithografie projecteert de constructiediagrammen van grootschalige geïntegreerde schakelingen op het masker via een optisch systeem op een silicium wafer bekleed met fotoresist. De minimale feature size die optische lithografie kan bereiken is direct gerelateerd aan de resolutie die het optische lithografiesysteem kan bereiken, en het verkleinen van de golflengte van de lichtbron is de meest effectieve manier om de resolutie te verbeteren.
Daarom is de ontwikkeling van nieuwe lithografiemachines met een korte golflengte lichtbron internationaal altijd een belangrijk onderwerp van onderzoek geweest.
Momenteel is de golflengte van de lichtbron van commerciële lithografiemachines verschoven van de ultraviolette band van kwiklamplichtbronnen in het verleden naar de diepe ultraviolette band (DUV), zoals de KrF-excimerlaser (golflengte 248 nm) gebruikt voor 0,25 μm-technologie en de ArF-excimerlaser (golflengte 193 nm) gebruikt voor 0,18 μm-technologie.
Daarnaast is het gebruik van de interferentiekenmerken van licht en het optimaliseren van procesparameters met verschillende golffronttechnologieën ook een belangrijke manier om de lithografische resolutie te verbeteren. Deze technologieën zijn doorbraken dankzij een grondige analyse van belichtingsbeeldvorming op basis van elektromagnetische theorie en lithografiepraktijk, inclusief maskers met faseverschuiving, belichtingstechnologie buiten de as en nabijheidseffectcorrectie.
Met behulp van deze technologieën kunnen lithografische patronen met een hogere resolutie worden gemaakt op het huidige technologische niveau. Begin 1999 introduceerde Canon bijvoorbeeld de FPA-1000ASI scanstepper, die gebruik maakt van een 193 nm ArF lichtbron.
Met golffronttechnologie kan een lithografische lijnbreedte van 0,13 µm worden bereikt op een siliciumwafer van 300 mm. Optische lithografietechnologie omvat lithografiemachines, maskers, fotolakken en een reeks technologieën waarbij optica, mechanica, elektriciteit, natuurkunde, scheikunde, materialen en andere onderzoeksgebieden betrokken zijn.
Momenteel onderzoeken wetenschappers F2 laser (golflengte 157 nm) lithografie met een kortere golflengte. Vanwege de hoge mate van lichtabsorptie is het verkrijgen van nieuwe optische en maskersubstraatmaterialen voor lithografiesystemen de grootste moeilijkheid bij deze golflengtetechnologie.
Extreme Ultraviolet Lithografie (EUVL) maakt gebruik van extreem ultraviolet licht met een golflengte van 10-14 nm als lichtbron. Hoewel het aanvankelijk zachte röntgenlithografie werd genoemd, lijkt het meer op optische lithografie. Het verschil is dat vanwege de sterke absorptie in het materiaal, het optische systeem reflecterend moet zijn.
Röntgenlithografie (XRL) heeft een golflengte van de lichtbron van ongeveer 1 nm. Omdat het een hoge-resolutie belichting biedt, is XRL alom erkend sinds de uitvinding in de jaren 1970. Landen met synchrotronstralingsapparatuur, zoals Europa, de Verenigde Staten, Japan en China, hebben achtereenvolgens aanverwant onderzoek uitgevoerd.
XRL is de meest volwassen van alle lithografietechnologieën van de volgende generatie. De grootste moeilijkheid van XRL ligt in het verkrijgen van een maskersubstraat met goede mechanische en fysische eigenschappen. De afgelopen jaren is er aanzienlijke vooruitgang geboekt in de maskettechnologie. Siliciumcarbide (SiC) is het meest geschikte substraatmateriaal.
Hoewel XRL niet langer de enige kandidaat is voor toekomstige technologieën door het diepgaande onderzoek naar XRL-gerelateerde kwesties, de ontwikkeling van optische lithografie en nieuwe doorbraken in andere lithografietechnologieën, hebben de Verenigde Staten onlangs hun investeringen in XRL verminderd. Desondanks blijft XRL een van de onmisbare kandidaat-technologieën.
Elektronenbundellithografie (EBL) gebruikt een hoogenergetische elektronenbundel om de fotolak bloot te leggen om structurele afbeeldingen te verkrijgen. Met zijn de Broglie-golflengte rond 0,004 nm heeft EBL geen last van diffractielimieten, waardoor een resolutie op bijnaatomaire schaal wordt bereikt. EBL kan een extreem hoge resolutie bereiken en direct afbeeldingen genereren.
Het is niet alleen een onmisbaar hulpmiddel om maskers voor te bereiden bij de productie van geïntegreerde schakelingen op zeer grote schaal (VLSI), maar ook de primaire methode om apparaten en structuren voor speciale doeleinden te bewerken. De resolutie van de huidige belichtingsmachines met elektronenbundels is lager dan 0,1 µm. Het grootste nadeel van EBL is de lage productiviteit, slechts 5-10 wafers per uur, veel minder dan het huidige niveau van optische lithografie van 50-100 wafers per uur.
De SCALPEL-technologie, ontwikkeld door Lucent Technologies in de Verenigde Staten, is opmerkelijk. Deze technologie verkleint maskerafbeeldingen zoals optische lithografie en gebruikt speciale filtertechnieken om verstrooide elektronen te verwijderen die door maskerabsorbers worden gegenereerd, waardoor de uitvoerefficiëntie wordt verbeterd en de resolutie wordt gewaarborgd.
Opgemerkt moet worden dat, ongeacht de lithografietechnologie die in de toekomst wordt gebruikt, EBL een onmisbare infrastructuur zal zijn voor het onderzoek naar en de productie van geïntegreerde schakelingen.
Ion Beam Lithography (IBL) maakt gebruik van ionen gevormd door het ioniseren van vloeibare of vaste atomen, versneld en gefocusseerd of gecollimeerd door een elektromagnetisch veld, om de fotolak bloot te leggen. Het principe is vergelijkbaar met EBL, maar de de Broglie-golflengte is korter (minder dan 0,0001 nm) en het heeft voordelen zoals een klein nabijheidseffect en een groot belichtingsveld. IBL omvat voornamelijk gefocusseerde ionenbundellithografie (FIBL) en ionenprojectielithografie (IPL).
FIBL werd het eerst ontwikkeld en recent experimenteel onderzoek heeft een resolutie van 10 nm bereikt. Vanwege de lage efficiëntie is het moeilijk om het toe te passen als belichtingsmiddel in de productie en wordt het momenteel voornamelijk gebruikt als maskerreparatiemiddel en voor het trimmen van speciale apparaten in VLSI. Om de tekortkomingen van FIBL aan te pakken, hebben mensen IPL-technologie ontwikkeld met een hogere belichtingsefficiëntie en er is aanzienlijke vooruitgang geboekt.
Het Lithography Galvanoformung Abformung (LIGA)-proces is een veelomvattende technologie die bestaat uit röntgenlithografie met diepe synchrotronstraling, elektrovorming en kunststof spuitgieten. Het meest basale en belangrijkste proces is diepe synchrotronstralingslithografie, terwijl elektrovormen en plastisch vormen de sleutel vormen tot de praktische toepassing van LIGA-producten.
Vergeleken met traditionele halfgeleiderprocessen heeft de LIGA-technologie veel unieke voordelen, zoals een breed scala aan materialen die kunnen worden gebruikt, waaronder metalen en hun legeringen, keramiek, polymeren en glas; het kan driedimensionale microstructuren produceren met een hoogte van enkele honderden micrometers tot een millimeter en aspectverhoudingen groter dan 200; laterale afmetingen kunnen zo klein zijn als 0,5 μm en de bewerkingsnauwkeurigheid kan 0,1 μm bereiken; het kan massale replicatie en productie tegen lage kosten realiseren.
Met de LIGA-technologie kunnen verschillende micro- en microapparaten worden geproduceerd. Succesvolle of lopende LIGA-producten zijn onder andere microsensoren, micromotoren, micromechanische onderdelen, geïntegreerde optica en micro-optische componenten, microgolfcomponenten, elektronische vacuümcomponenten, medische miniatuurinstrumenten, nanotechnologiecomponenten en -systemen, enz.
De toepassingen van LIGA-producten zijn breed, zoals verspaningstechnologie, meettechnologie, automatiseringstechnologie, auto- en transporttechnologie, energie- en energietechnologie, lucht- en ruimtevaarttechnologie, textieltechnologie, precisietechniek en optica, micro-elektronica, biogeneeskunde, milieuwetenschap en chemische technologie, enz.
De Scanning Tunneling Microscope (STM), uitgevonden door Binning en Bobrer, stelt mensen niet alleen in staat om de oppervlaktestructuur van objecten te observeren met de resolutie van een enkel atoom, maar biedt ook een ideale route voor bewerking op nanoschaal op basis van atomaire eenheden. Bewerking, assemblage en hermodellering op atomair niveau kan worden uitgevoerd met STM-technologie.
STM brengt een zeer scherpe metalen naald (sonde) dicht bij het preparaatoppervlak tot ongeveer 1 nm. Wanneer er spanning op wordt gezet, wordt er een tunnelingstroom opgewekt. De tunnelingstroom verandert elke 0,1 nm een orde van grootte. Door de stroom constant te houden en het oppervlak van het preparaat te scannen, kan de oppervlaktestructuur worden onderscheiden.
De tunnelingstroom gaat over het algemeen door een enkel atoom aan de punt van de taster, waardoor de laterale resolutie op atomair niveau ligt. Scanning tunneling micro-machining technologie kan niet alleen afzonderlijke atomen verwijderen, toevoegen en verplaatsen, maar ook STM-lithografie uitvoeren, elektronenbundel-geïnduceerde neerslag en etsen op de tasterpunt, enzovoort.
Als oprichter van MachineMFG heb ik meer dan tien jaar van mijn carrière gewijd aan de metaalbewerkingsindustrie. Door mijn uitgebreide ervaring ben ik een expert geworden op het gebied van plaatbewerking, verspaning, werktuigbouwkunde en gereedschapsmachines voor metalen. Ik denk, lees en schrijf voortdurend over deze onderwerpen en streef er voortdurend naar om voorop te blijven lopen in mijn vakgebied. Laat mijn kennis en expertise een aanwinst zijn voor uw bedrijf.
NL 
EN 
ES 
FR 
RU 
DE 
PT 