【正文】 59 AFM實(shí)物照片 掃描探針 磁盤圖像 60 LIGA（ Lithographic Galuanoformung Abformung ） 1） 以同步加速器放射的短波長 （ ＜ 1nm） X射線作為曝光光源 ， 在厚度達(dá) 的光致抗蝕劑上生成曝光圖形的三維實(shí)體； 2） 用曝光蝕刻圖形實(shí)體作電鑄模具 ， 生成鑄型； 3） 以生成的鑄型作為模具 ，加工出所需微型零件 。 58 ◎ AFM探針被微力彈簧片壓向試件表面 ， 原子排斥力將探針微微抬起 。 由于分辨率高 ， 目前采用較多 。 壓電陶瓷掃描管結(jié)構(gòu)見圖 a ，其工作原理見圖 b。 54 ? 關(guān)鍵技術(shù)： （ 1） STM探針 —— 金屬絲經(jīng)化學(xué)腐蝕 ， 在腐蝕斷裂瞬間切斷電流 ， 獲得尖峰 ， 曲率半徑為 10nm左右 。 φ1 φ2 d 試件 STM探針 Ub STM隧道結(jié) 53 ? 兩種測量模式 （ 2） 恒電流測量模式：探針在試件表面掃描 ， 使用反饋電路驅(qū)動探針 ，使探針與試件表面之間距離 （ 隧道間隙 ） 不變 。當(dāng)一個(gè)電極為非常尖銳的探針時(shí) ， 由于尖端放電使隧道電流加大 。 第五節(jié) 納米技術(shù) 49 ? 掃描隧道顯微測量 （ STM） ? 掃描隧道顯微鏡 1981年由在 IBM瑞士蘇黎世實(shí)驗(yàn)室工作的 和 發(fā)明 ， 可用于觀察物體 級的表面形貌 。 納米技術(shù)涉及機(jī)械 、 電子 、 材料 、 物理 、化學(xué) 、 生物 、 醫(yī)學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域 。 47 ◎ 用高能離子 （ 數(shù)十萬 KeV） 轟擊工件表面 ， 離子打入工件表層 ， 其電荷被中和 ， 并留在工件中 （ 置換原子或填隙原子 ） ， 從而改變工件材料和性質(zhì) 。又被稱為“干式鍍” 離子束源 濺射材料 濺射粒子 工件 真空 離子束濺射鍍膜加工 ◎ 離子鍍氮化鈦，即美觀，又耐磨。三坐標(biāo)工作臺可實(shí)現(xiàn)三坐標(biāo)直線運(yùn)動 ， 擺動裝置可實(shí)現(xiàn)繞水平軸的擺動和繞垂直軸的轉(zhuǎn)動 。 ◆ 線放電磨削法（ WEDG） WEDG 可加工的各種截形桿 微細(xì)電加工 WEDG工作原理 Ⅰ － Ⅰ Ⅰ Ⅰ 工件 金屬絲 導(dǎo)絲器 41 離子束 4. 刻蝕 （形成溝槽） 5. 沉積 （形成電路） 6. 剝膜 （去除光致抗蝕劑） 3. 顯影、烘片 （形成窗口） 窗口 2. 曝光 （投影或掃描） 掩膜 電子束 電子束光刻大規(guī)模集成電路加工過程 ◆ 光刻加工 （ 電子束光刻大規(guī)模集成電路 ） 1. 涂膠 （光致抗蝕劑） 氧化膜 光致抗蝕劑 基片 42 ?要求：定位精度 ， 重復(fù)定位精度 ?導(dǎo)軌：硬質(zhì)合金滾動體導(dǎo)軌 ， 或液 （ 氣 ） 靜壓導(dǎo)軌 ?工作臺：粗動 — 伺服電機(jī) + 滾珠絲杠 微動 — 壓電晶體電致伸縮機(jī)構(gòu) 電致伸縮微動工作臺 X Y 0 Py1 Py2 Px 微動工作臺 ?工作臺微動的形成： X運(yùn)動： Py1＝ Py2 Px長度變化 Y運(yùn)動： Py1＝ Py2 Py1長度變化 Z轉(zhuǎn)動： Py1≠ Py2 ◆ 加工設(shè)備 （電子束光刻大規(guī)模集成電路） 43 利用氬 （ Ar） 離子或其它帶有 10keV 數(shù)量級動能的惰性氣體離子 ， 在電場中加速 ， 以極高速度 “ 轟擊 ” 工件表面 ，進(jìn)行 “ 濺射 ” 加工 。 5 177。 ◎ 運(yùn)動精度高 。 ◆ 直接線性驅(qū)動（直線電機(jī)驅(qū)動） ? 工作原理：載流導(dǎo)體在電場（或磁場）作用下產(chǎn)生微小形變，并轉(zhuǎn)化為微位移。 ? 旋轉(zhuǎn)軸采用編碼器半閉環(huán)控制 ， 直線軸則采用激光全息式全閉環(huán)控制 。 ?穩(wěn)固的床身構(gòu)件并隔絕外界的振動干擾 。 ?高的定位精度和重復(fù)定位精度 ， 高平穩(wěn)性的進(jìn)給運(yùn)動 。當(dāng)?shù)毒呋剞D(zhuǎn)時(shí) ， 刀具的切削刃形成一個(gè)圓錐形的切削面 。 ? 微切削機(jī)理 —— 切削在晶粒內(nèi)進(jìn)行 ， 切削力要超過晶體內(nèi)分子 、 原子間的結(jié)合力 ， 單位面積切削阻力急劇增大 。 1% 實(shí)現(xiàn)方法 ：采用空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng) ◆ 凈化 —— 要求 ： 10000～ 100級 （ 100級系指每立方英尺空氣中所含大于 100） 實(shí)現(xiàn)方法 ：采用空氣過濾器 ， 送入潔凈空氣 ◆ 隔振 —— 要求 ：消除內(nèi)部 、 隔絕外部振動干擾 實(shí)現(xiàn)方法 ：隔振地基 ， 隔振墊層 ， 空氣彈簧隔振器 ? 精密與超精密加工環(huán)境 31 ? 微細(xì)加工 —— 通常指 1mm以下微細(xì)尺寸零件的加工 ，其加工誤差為 ～ 10μm 。 ? 雙頻激光測量 固定反射棱鏡 雙頻激光測量系統(tǒng)原理圖 干涉測量儀 f2 +Δf2 f1 氦氖激光器 軸向強(qiáng)磁場 N S 1/4波片 分光鏡 透鏡組 f1 f2 f1 f2 移動反射棱鏡 f2 f2 +Δf2 偏振分光鏡 f1 f1 Δf Δf +Δf2 精密與超精密加工技術(shù) 29 雙頻激光測量系統(tǒng) 30 ◆ 恒溫 —— 要求 ： 177。 Δf2 的具有長度單位當(dāng)量的電信號 。 兩路反射回來的光經(jīng)偏振分光鏡匯合一起 ， 再經(jīng)反射鏡和干涉測量儀獲得拍頻信號 ， 其頻率為： f1－（ f2177。 ? 激光測量 27 受射透鏡 平行光管透鏡 邊緣傳感 閘門電路 計(jì)數(shù)器 顯示圖 震蕩器 伺服系統(tǒng) 掃描鏡 工件 測定區(qū) 光檢測器 激光發(fā)生器 ★ 采用平行光管透鏡將激光準(zhǔn)確地調(diào)整到多角形旋轉(zhuǎn)掃描鏡上聚焦。 ? 機(jī)理：機(jī)械 +化學(xué)作用 ，稱為 “ 增壓活化 ” 。 24 工件 小間隙 加壓 拋光輪 懸浮液 微粉 (磨粒 ) 彈性發(fā)射加工原理 拋光輪與工件表面形成小間隙 ， 中間置拋光液 ， 靠拋光輪高速回轉(zhuǎn)造成磨料的 “ 彈性發(fā)射 ” 進(jìn)行加工 。 3）強(qiáng)力砂帶磨削，磨削比（切除工件重量與砂輪磨耗重量之比）高，有“高效磨削”之稱。 20 ?砂帶：帶基材料為聚碳酸脂薄膜 ，其上植有細(xì)微砂粒 。 以免因磨粒切削深度超過 1μm時(shí) ， 導(dǎo)致轉(zhuǎn)變?yōu)榇嘈阅ハ?。 磨削后工件表面呈有規(guī)則紋理 ， 無脆性斷裂凹凸不平 ， 也無裂紋 。 通電后 ， 砂輪結(jié)合劑發(fā)生氧化 ， 氧化層阻止電解進(jìn)一步進(jìn)行 。 a） 4 次對稱軸和（ 100）晶面 L4 （ 100） （ 110） L2 L3 （ 111） b） 2 次對稱軸和（ 110）晶面 c） 3 次對稱軸和（ 111）晶面 圖 720 八面體的晶軸和鏡晶面 14 ? 金剛石晶體的面網(wǎng)距和解理現(xiàn)象 ◎ 金剛石晶體的（ 111）晶面面網(wǎng)密度最大，耐磨性最好。 11 車床主軸裝在橫向