現(xiàn)代超精密加工技術(shù)(編輯修改稿)
2024-12-02 04:34 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 加工、分子束外延、物理和化學氣相淀積等也屬于能量束加工。 離子束加工濺射去除、沉淀和表面處理，離子束輔助蝕刻亦是用于納米級加工的研究開發(fā)方向。與固體工具切削加工相比，離子束加工的位置和加工速率難以確定，為取得納米級的加工精度，需要亞納米級檢測系統(tǒng)與加工位置的閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。電子束加工是以熱能的形式去除穿透層表面的原子，可以進行刻蝕、 光刻曝光、焊接、微米和納米級鉆削和銑削加工等。 2． 2． 3 LIGA 技術(shù) ( Lithographie， Galvanoformung， Abformung) LIGA工藝是由深層同步輻射 X射線光刻、電鑄成型、塑鑄成型等技術(shù)組合而成的綜合性技術(shù)，其最基本和最核心的工藝是深度同步輻射光刻，而電鑄和塑鑄工藝是 LIGA產(chǎn)品實用化的關(guān)按。與傳統(tǒng)的半導體工藝相比， LIGA技術(shù)具有許多獨特的優(yōu)點，主要有： (1)用材廣泛，可以是金屬及其合金、陶瓷、聚合物、玻璃等。 (2)可以制作高度達數(shù)百微米至一千微米，高度比 大于 200 的三維立體微結(jié)構(gòu)。 (3)橫向尺寸可以小到 O． 5μm，加工精度可達 (4)可實現(xiàn)大批量復制、生產(chǎn)，成本低。 用 LIGA 技術(shù)可以制作各種微器件、微裝置，己研制成功或正在研制的 LIGA 產(chǎn)品有微傳感器、微電機、微機械零件、集成光學和微光學元件、微波元件、真空電子元件、微型醫(yī)療器械、納米技術(shù)元件及系統(tǒng)等。 LIGA產(chǎn)品的應用涉及面廣泛，如加工技術(shù)、測量技術(shù)、自動化技術(shù)、汽車及交通技術(shù)、電力及能源技術(shù)、航空及航天技術(shù)、紡織技術(shù)、精密工程及光學、微電子學、生物醫(yī)學、環(huán)境科學和化學工程等。 ． 4 掃描隧道顯微鏡 ( STM)技術(shù) C． binning 和 H． Robrer 發(fā)明的掃描隧道顯微鏡不但使人們可以以單個原子的分辨率觀測物體的表面結(jié)構(gòu)，而且也為以單個原子為單位的納米級加工提供了理想途徑。應用掃描隧道顯微鏡技術(shù)可以進行原于級操作、裝配和改型。 S T M將非常尖銳的金屬針接近試件表面至1nm左右，施加電壓時隧道電流產(chǎn)生，隧道電流每隔 0． 1nm變化一個數(shù)量級。保持電流一定掃描試件表面，即可分辨出表面結(jié)構(gòu)。一般隧道電流通過探針尖端的一個原子，因而其橫向分辨率為原于級。 掃描隧道顯微加工技 術(shù)不僅可以進行單個原于的去除、添加和移動，而且可以進行 STM光刻、探針尖電子束感應的沉淀和腐蝕等新的 S T M加工技術(shù)。 2． 3 納米測控技術(shù) 實現(xiàn)納米級加工離不開納米級的測量技術(shù)，而這二者都離不開控制技術(shù)，超高精度的定位技術(shù)是實現(xiàn)納米級控制的關(guān)鍵。 2． 3． 1 納米測量技術(shù) 以表面性貌等為測量對象，納米級測量技術(shù)的主要發(fā)展方向有光干涉測量技術(shù)和掃描顯微技術(shù)。 光外差干涉儀：通常利用干涉條紋圖的測量方法進行納米級測量有其很大的局限性，而利用外差干涉測量技術(shù)可以得到 O． 1nm的空間分辨率，測量范圍可 達 50mm。 X射線干涉儀：可見光和紫外光的干涉條紋間距為數(shù)百納米，不易測量納米級的微小位移，而利用 X射線的超短波長干涉測量技術(shù)可以實現(xiàn) O． Olnm分辨率的位移測量。測量范圍可達 200μm。 頻率跟蹤 F—P標準具：而基于 F—P標準具的測量技術(shù)具有極高的 靈敏度和準確度，其精度可達到 10—3nm，但測量范圍僅為 O． 1μm，其受限于激光器的調(diào)頻范圍。 激光頻率分裂測長：激光頻率分裂的值與分裂元件的位移有關(guān)，通過測頻率測位移，精度己達到 1nm，進一步激光穩(wěn)頻可達 0． Olnm，測量范圍 150μm。 掃描隧道顯微鏡可以直接觀測原子尺度結(jié)構(gòu)，垂直分辨率達到 O． 1nm，近年來在 S T M的基礎上又派生出一系列的掃描探針顯微技術(shù)，如光子掃描隧道顯微鏡、原子力顯微鏡(AFM)、磁力顯 39。微鏡 (MFM) 掃描近場光學顯微鏡 (SNOM) 橫向力顯微鏡 (LFM)、彈導電子發(fā)射顯微鏡 (BEEM) 光于掃描隧道顯微鏡 (PSTM)、掃描離子電導顯微鏡 (SICM)等等。 2． 3． 2 納米定位控制技術(shù) 在納米級測量與加工中，需要納米級的三維定位與控制。目前用一個執(zhí)行元件來實現(xiàn)大范圍的納米級定位是比較困難的。因此，實際的 定位機構(gòu)多采用大位移用的執(zhí)行元件和納米定位用的執(zhí)行元件相組合方式來實現(xiàn)。實現(xiàn)三維定位與控制，目前普遍采用壓電陶瓷致動器件，它在微米級的極小范圍內(nèi)通過控制系統(tǒng)能實現(xiàn)近似的三維驅(qū)動。此外，利用電致材料、靜電或磁軸承式結(jié)構(gòu)，以及靜電致動的高精度定位控制技術(shù)也向納米級精度發(fā)展，也可采用摩擦驅(qū)動裝置和絲杠定位元件通過特殊的方法也納米級的定位。 3 非球面曲面超精密加工技術(shù) 3． 1 概述 非球面光學零件是一種非常重要的光學零件，最常用的有拋物面鏡、雙曲面鏡、橢球面鏡等。非球面光學零件具有球面光學零件所無可比擬的良好的 成象質(zhì)量。應用在光學系統(tǒng)中能夠很好的矯正多種象差，改善儀器成象質(zhì)量，提高儀器鑒別能力，增大作用距，它能以一個或幾個少量的非球面零件代替較多的球面零件，從而簡化儀器結(jié)構(gòu)，降低成本，并有效的減輕儀器重量，在航空、航天等領域，由于近年來非球面雷達天線、非球面透鏡、反射鏡的應用，使產(chǎn)品的性能得到了極大提高。衛(wèi)星中的先進的光學望遠系統(tǒng)、高分辨串的電視攝像系統(tǒng)、高靈敏度的紅外傳感系統(tǒng)等，其光學系統(tǒng)中都離不開非球面透鏡。慣導器件的關(guān)鍵部件激光陀螺中由于采用了非球面反射鏡，不僅大大縮小了體積，更重要的是大大提高了控制精度以及控制穩(wěn)定 性。紅外拋物面反射鏡是紅外探測系統(tǒng)中的關(guān)鍵元件，其加工精度對導彈引爆距離的一致性影響很大。在民用方面激光
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