激光微納加工

皮秒激光精密微孔加工應用作為一種激光精密加工技術，皮秒激光在對高硬度金屬微孔加工方面的應用早在20世紀90年代初就有報道。1996年德國學者Chichkov等研究了納秒、皮秒以及飛秒激光與材料的作用機理，并在真空靶室中對厚度100μm的不銹鋼進行了打孔實驗，建立了激光微納加工的理論模型，為后續的激光微納加工實驗研究奠定了堅實的理論基礎。1998年Jandeleit等對厚度為250nm的銅膜進行了精密制孔實驗，實驗指出使用同一脈寬的皮秒激光器對厚度較薄的金屬材料制孔時，采用高峰值功率更有可能獲得高質量的的制孔效果。然而，優異的加工效果不僅取決于脈沖寬度以及峰值功率，制孔方式也是一個至關重要的因素，針對這一問題，Fohl等采用納秒激光與飛秒激光對制孔方式進行了深入研究，實驗結果顯示納秒激光采用螺旋制孔方式所加工的微孔整潔干凈，而飛秒激光采用一般的沖擊制孔方式所加工的微孔邊緣有明顯的再鑄層。在硅材料刻蝕當中，硅針的刻蝕需要用到各向同性刻蝕，硅柱的刻蝕需要用到各項異性刻蝕。激光微納加工

微納加工設備主要有：光刻、刻蝕、鍍膜、濕法腐蝕、絕緣層鍍膜等。微納檢測主要是表征檢測：原子力顯微鏡、掃描電鏡、掃描顯微鏡、XRD、臺階儀等。每一個設備都包含比較多具體的分類。光刻機，也被稱為曝光機，三大類:步進式光刻機，接觸接近式光刻，電子束曝光。微納制造技術是指尺度為毫米、微米和納米量級的零件，以及由這些零件構成的部件或系統的設計、加工、組裝、集成與應用技術。傳統“宏”機械制造技術已不能滿足這些“微”機械和“微”系統的高精度制造和裝配加工要求，必須研究和應用微納制造的技術與方法。微納制造技術是微傳感器、微執行器、微結構和功能微納系統制造的基本手段和重要基礎。天津高精度微納加工微納加工平臺，主要是兩個方面：微納加工、微納檢測。

隨著聚合物精密擠出成型技術和現代納米技術的發展，聚合物制品逐漸向微型化發展，傳統擠出成型也朝著微型化發展，出現了微擠出成型技術。如今，微擠出成型技術常應用于納米介入導管、微型光纖和微細齒輪等的制備。在聚合物熔體微擠出成型的過程中，機頭流道結構直接影響到熔體流動的流場分布與穩定性。不合理的機頭結構參數，將導致制品尺寸誤差、形狀誤差和機械性能不足等問題的出現，出現諸如壁厚不均、開裂、蜜魚皮和翹曲等缺陷。國內外學者對基于微尺度條件下的聚合物流動行為進行了大量有意義的嘗試和研究，主要研究內容包括微細流道聚合物溶體流動、表面張力、壁面滑移現象、微擠出機頭設計等。為更深入、系統的微擠出成型研究奠定了理論基礎。

微納加工中，材料濕法腐蝕是一個常用的工藝方法。材料的濕法化學刻蝕，包括刻蝕劑到達材料表面和反應產物離開表面的傳輸過程，也包括表面本身的反應。半導體技術中的許多刻蝕工藝是在相當緩慢并受速率控制的情況下進行的，這是因為覆蓋在表面上有一污染層。污染層厚度常有幾微米，如果化學反應有氣體逸出，則此層就可能破裂。濕法刻蝕工藝常常有反應物產生，這種產物受溶液的溶解速率的限制。為了使刻蝕速率提高，常常使溶液攪動，因為攪動增強了外擴散效應。多晶和非晶材料的刻蝕是各向異性的。然而，結晶材料的刻蝕可能是各向同性，也可能是各向異性的，它取決于反應動力學的性質。晶體材料的各向同性刻蝕常被稱作拋光刻蝕，因為它們產生平滑的表面。各向異性刻蝕通常能顯示晶面，或使晶體產生缺陷。因此，可用于化學加工，也可作為結晶刻蝕劑。提高微納加工技術的加工能力和效率是未來微納結構及器件研究的重點方向。

2012年北京工業大學Duan等使用課題組自行研制的皮秒激光器對金屬鉬、鈦和不銹鋼進行了精密制孔研究，并利用旋切制孔方式對厚度為0.3mm的金屬鉬實現了孔徑?小于200μm的微孔加工，利用螺旋制孔方式在厚度為1mm不銹鋼上實現了孔徑為200μm的制孔效果。實驗指出大口徑微孔加工應采用旋切制孔方式，而加工較小口徑時則更宜選用螺旋制孔方式。皮秒激光精密微孔加工過程中，對于厚度較小的材料(d<1μm)，由于激光與材料作用的時間較短，以采用高峰值功率、窄脈寬的激光為宜，而對于厚度在百微米甚至超過1mm的金屬材料的微孔加工，除了要考慮激光峰值功率以及脈沖寬度外，選擇合適的制孔方式是必要的。此外，根據材料結構的不同還應該選擇是否采用偏振輸出等因素。在微納加工過程中，薄膜的形成方法主要為物理沉積、化學沉積和混合方法沉積。天津高精度微納加工

微納加工技術對現代的生活、生產產生了巨大的促進作用，并催生了一批新興產業。激光微納加工

掩模板是根據放大了的原圖制備的帶有透明窗口的模板。例如，可以用平整的玻璃板，涂覆上金屬鉻薄膜，通過類似照相制版的方法制備而成。具有微納圖形結構的掩模板通常使用電子束光刻機直接制備，其制作過程就是典型的光刻工藝過程，包括金屬各層沉積、涂膠、電子束光刻、顯影、鉻層腐蝕及去膠等過程。由于模板像素超多，用掃描式光刻機制作掩模板的速度相當慢，造價十分昂貴。曝光光刻是圖形形成的中心工藝過程，可分為正膠工藝和負膠工藝，采用相同掩模板制作時，二者可獲得互補的圖形結構。另外，按照不同工作距離可分為接近式曝光、近貼式曝光（接觸曝光）和投射式光學曝光；按照曝光系統的工作光源又可分為紫外線曝光、X射線與及紫外線曝光、電子束與離子束曝光。此外，微納印刷技術（，如納米壓印技術，在納米結構及器件制作中也得到了良好的發展，其高效的圖形復制特點使之在工業界極具吸引力。卷對卷滾軸壓印技術已經被產線普遍采用。激光微納加工