現(xiàn)代超精密加工技術(shù)(編輯修改稿)
2024-12-02 04:34 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 加工、分子束外延、物理和化學(xué)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(jí)加工的研究開(kāi)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(jí)的加工精度，需要亞納米級(jí)檢測(cè)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(jìn)行刻蝕、 光刻曝光、焊接、微米和納米級(jí)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(shí)用化的關(guān)按。與傳統(tǒng)的半導(dǎo)體工藝相比， LIGA技術(shù)具有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，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(dá)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(dá) (4)可實(shí)現(xiàn)大批量復(fù)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(jī)、微機(jī)械零件、集成光學(xué)和微光學(xué)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(yīng)用涉及面廣泛，如加工技術(shù)、測(cè)量技術(shù)、自動(dòng)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(xué)、微電子學(xué)、生物醫(yī)學(xué)、環(huán)境科學(xué)和化學(xué)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(gè)原子的分辨率觀測(cè)物體的表面結(jié)構(gòu)，而且也為以單個(gè)原子為單位的納米級(jí)加工提供了理想途徑。應(yīng)用掃描隧道顯微鏡技術(shù)可以進(jìn)行原于級(jí)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(shí)隧道電流產(chǎn)生，隧道電流每隔 0． 1nm變化一個(gè)數(shù)量級(jí)。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(guò)探針尖端的一個(gè)原子，因而其橫向分辨率為原于級(jí)。 掃描隧道顯微加工技 術(shù)不僅可以進(jìn)行單個(gè)原于的去除、添加和移動(dòng)，而且可以進(jìn)行 STM光刻、探針尖電子束感應(yīng)的沉淀和腐蝕等新的 S T M加工技術(shù)。 2． 3 納米測(cè)控技術(shù) 實(shí)現(xiàn)納米級(jí)加工離不開(kāi)納米級(jí)的測(cè)量技術(shù)，而這二者都離不開(kāi)控制技術(shù)，超高精度的定位技術(shù)是實(shí)現(xiàn)納米級(jí)控制的關(guān)鍵。 2． 3． 1 納米測(cè)量技術(shù) 以表面性貌等為測(cè)量對(duì)象，納米級(jí)測(cè)量技術(shù)的主要發(fā)展方向有光干涉測(cè)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(cè)量方法進(jìn)行納米級(jí)測(cè)量有其很大的局限性，而利用外差干涉測(cè)量技術(shù)可以得到 O． 1nm的空間分辨率，測(cè)量范圍可 達(dá) 50mm。 X射線干涉儀：可見(jiàn)光和紫外光的干涉條紋間距為數(shù)百納米，不易測(cè)量納米級(jí)的微小位移，而利用 X射線的超短波長(zhǎng)干涉測(cè)量技術(shù)可以實(shí)現(xiàn) O． Olnm分辨率的位移測(cè)量。測(cè)量范圍可達(dá) 200μm。 頻率跟蹤 F—P標(biāo)準(zhǔn)具：而基于 F—P標(biāo)準(zhǔn)具的測(cè)量技術(shù)具有極高的 靈敏度和準(zhǔn)確度，其精度可達(dá)到 10—3nm，但測(cè)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(cè)長(zhǎng)：激光頻率分裂的值與分裂元件的位移有關(guān)，通過(guò)測(cè)頻率測(cè)位移，精度己達(dá)到 1nm，進(jìn)一步激光穩(wěn)頻可達(dá) 0． Olnm，測(cè)量范圍 150μm。 掃描隧道顯微鏡可以直接觀測(cè)原子尺度結(jié)構(gòu)，垂直分辨率達(dá)到 O． 1nm，近年來(lái)在 S T M的基礎(chǔ)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(chǎng)光學(xué)顯微鏡 (SNOM) 橫向力顯微鏡 (LFM)、彈導(dǎo)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(dǎo)顯微鏡 (SICM)等等。 2． 3． 2 納米定位控制技術(shù) 在納米級(jí)測(cè)量與加工中，需要納米級(jí)的三維定位與控制。目前用一個(gè)執(zhí)行元件來(lái)實(shí)現(xiàn)大范圍的納米級(jí)定位是比較困難的。因此，實(shí)際的 定位機(jī)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(lái)實(shí)現(xiàn)。實(shí)現(xiàn)三維定位與控制，目前普遍采用壓電陶瓷致動(dòng)器件，它在微米級(jí)的極小范圍內(nèi)通過(guò)控制系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)近似的三維驅(qū)動(dòng)。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(dòng)的高精度定位控制技術(shù)也向納米級(jí)精度發(fā)展，也可采用摩擦驅(qū)動(dòng)裝置和絲杠定位元件通過(guò)特殊的方法也納米級(jí)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(xué)零件是一種非常重要的光學(xué)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(xué)零件具有球面光學(xué)零件所無(wú)可比擬的良好的 成象質(zhì)量。應(yīng)用在光學(xué)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(gè)或幾個(gè)少量的非球面零件代替較多的球面零件，從而簡(jiǎn)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(lǐng)域，由于近年來(lái)非球面雷達(dá)天線、非球面透鏡、反射鏡的應(yīng)用，使產(chǎn)品的性能得到了極大提高。衛(wèi)星中的先進(jìn)的光學(xué)望遠(yuǎn)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(xué)系統(tǒng)中都離不開(kāi)非球面透鏡。慣導(dǎo)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(cè)系統(tǒng)中的關(guān)鍵元件，其加工精度對(duì)導(dǎo)彈引爆距離的一致性影響很大。在民用方面激光
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