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微加工研究人員如何使掃描電鏡來表徵奈米結構

 釋出時間↟·↟☁·:2017/6/11 點選量↟·↟☁·:1655
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詳細介紹↟·↟☁·:

微加工能製造出微米尺寸的結構特徵╃│,是製造新一代半導體₪◕✘││、處理器以及晶片實驗室微流系統的關鍵工具╃│,其中晶片實驗室的微流系統建立在化學分析系統上╃│,小到能夠放在手心上◕•╃。目前為止╃│,微加工依賴於掩模技術╃│,例如光刻╃│,使得可生產結構的多樣性受到了限制◕•╃。然而╃│,研究的微米尺寸的 3D 列印系統可以組裝比以前尺寸更小的 3D 複雜形貌◕•╃。

 

未來發展趨勢

Tommaso Baldacchini 是 Newport 公司技術和應用中心(TAC)的一名微加工研究人員◕•╃。在他研究鐳射輔助奈米微加工的工作中╃│,飛納臺式掃描高解析度專業版 Phenom Pro 型號掃描電鏡是一個重要的工具◕•╃。同大學裡常見的實驗室相比╃│,Newport 公司的 TAC 實驗室更小╃│,但他們和學術界使用者保持著密切的合作關係◕•╃。TAC 為學術界很多研究領域進行實驗₪◕✘││、並加工微型裝置與器件◕•╃。

 

目前微加工發展狀況

目前╃│,大多數微加工以傳統機械加工和光刻為主╃│,這就是平板印刷技術◕•╃。Tommaso Baldacchini 透露╃│,光刻技術的確能生產十分精密的高通量結構╃│,但是這種方法於二維空間◕•╃。Baldacchini 說↟·↟☁·:這就意味著加工錯失了一整個維度◕•╃。其他的侷限性還包括↟·↟☁·:

 

·加工這些結構的儀器費用高

·常常需要乾淨的工作空間

·基板和材料種類於矽和半導體

 

Baldacchini 提到↟·↟☁·:十分有必要去打破這些限制性的障礙╃│,來發明一些新的微納加工裝置◕•╃。

 

打破奈米微加工的障礙

在加工奈米微結構的過程中存在著許多挑戰◕•╃。這些挑戰主要來自制造微結構的技術和結構自身特性(如大小╃│,形狀和表面積)◕•╃。
鐳射輔助奈米微加工技術(Journal of Laser Applications 24, 042007 (2012))為建立奈米和微米尺寸結構提供了一整套*方案◕•╃。鐳射照射到樣品表面會產生很多影響╃│,包括局部發熱₪◕✘││、熔化₪◕✘││、燒蝕₪◕✘││、分解和光化學反應╃│,進而可以獲得一些例如石墨烯₪◕✘││、碳奈米管₪◕✘││、甚至聚合物和陶瓷材料形成的多種複雜奈米結構◕•╃。

 

表徵

當表徵微結構時╃│,擁有一個能在奈米精度下準確測量加工微結構尺寸的工具是十分關鍵的◕•╃。有必要觀察加工結構的拓撲形貌和均勻性╃│,進而確保“構建”質量達到設計要求◕•╃。能夠表徵新材料表面成分甚至是內部成分同樣重要◕•╃。

 

飛納臺式掃描電鏡在放大 2150 倍(左)和 8300 倍(右)數下觀察燒蝕樣品

 

掃描電鏡(SEM)是這類工作的理想工具╃│,能夠聚焦到奈米級₪◕✘││、觀察小尺寸和奈米樣品特徵◕•╃。Baldacchini 說↟·↟☁·:一臺掃描電鏡是表徵樣品寶貴的工具◕•╃。當樣品燒蝕時╃│,我們能觀察其表面的變化╃│,或者我們可以觀察含新增劑樣品的拓撲結構◕•╃。

 

技術創新

TAC 已經研發出一種高分辨╃│,奈米 3D 列印技術╃│,稱作雙光子聚合◕•╃。使用雙光子聚合能夠製造精細的三維聚合物結構╃│,這一幾十微米大的結構往往具有奈米尺度特徵◕•╃。掃描電鏡 SEM 在表徵結構特徵方面經常使用╃│,可作為檢驗已生產奈米結構的一種方法◕•╃。除此之外╃│,Baldacchini 的研究還應用了非線性光學顯微鏡╃│,例如用相干反斯托克斯-拉曼散射顯微鏡研究雙光子聚合生成微米結構的化學和機械特徵◕•╃。

 

他們在 TAC 開發了一種鐳射輔助微加工工具╃│,稱作 Laser µFAB◕•╃。這是一個可以把客戶自有的鐳射連線到機器上╃│,並執行不同型別鐳射微加工的整套工具◕•╃。該系統提供的軟體可以使使用者匯入一個二維圖形╃│,並透過移動帶有固定鐳射器的臺子將圖形重塑◕•╃。系統也允許使用者建立他們想要生產的任何三維結構◕•╃。

 

利用 SEM 表徵

因此╃│,透過 Newport 公司的 Baldacchini 例子╃│,表明一臺掃描電鏡是表徵產品和驗視奈米微結構的重要工具◕•╃。如果你想了解更多關於 TAC 利用掃描電鏡 SEM 驗視奈米微結構╃│,請 info@phenom-china.com 免費獲取該案例研究◕•╃。

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