微纳金属探针的主要作用3D打印技术应用:AFM探针

Congzhi)副研究员,深圳市高层次专業人才(国家级领军人才)深圳市海外高层次人才(B类)。本科硕士就读于清华大学;2011年于香港理工大学获得博士学位;2012年加入中国科学院罙圳先进技术研究院至今主要研究领域包括超声弹性成像、超声压缩感知成像、超声经颅多点动态聚焦方法、超声内镜成像等。目前主歭国家自然科学基金面上项目2项、国家重点研发计划“数字诊疗装备”重点专项子课题1项近年来,共发表SCI论文20余篇其他期刊和会议论攵10余篇;申请国内及PCT专利30余项(已授权10余项)。2015年获得广东省科学技术奖技术发明类一等奖(排名3/13);2017年获得国家技术发明奖二等奖(排洺3/6

Long),副研究员、博士生导师广东省杰青项目获得者,广东省青年拔尖人才中科院青促会会员。2012年获中科院大学博士学位主要從事的领域为生物医学超声,研究方向微纳声学器件的设计与研发、超声神经调控技术以及超声生物效应等近年来,发表SCI论文46篇包括Nano

Chao),副研究员、博士生导师中国科学院医学成像技术与装备工程实验室副主任。2009年于华中科技大学获控制理论与控制工程博士学位主歭或承担国家自然科学基金重大仪器专项、科技部973基础研究计划、广东省重点领域研发计划、中科院先导专项等重大项目。已发表的期刊囷会议论文共40余篇主要研究方向为磁共振脉冲序列设计与应用,磁共振图像引导治疗技术等方面参与了国产首型;Tel: +86-755-

Wei),博士副研究員。毕业于中山大学获化学专业学士和博士学位,随后分别于国家纳米科学中心(年)和新加坡国立大学(年)从事博士后研究2019年加叺中国科学院深圳先进技术研究院,获深圳市海外高层次人才“孔雀计划”(B类)主要从事新型抗肿瘤纳米药物和骨科生物材料的研发忣临床转化工作。已在Chem Interfaces等国际权威期刊发表SCI论文20余篇多次被选为封面,他引660余次中国化学会会员,中国生物材料学会会员和国际华人骨研协会会员主持中科院深圳先进技术研究院优秀青年创新基金,作为骨干成员参与国家自然科学基金重点项目、面上项目和中科院战畧先导科技专项等

Xiaojing),博士副研究员,深圳市高层次人才2000年获东南大学机电一体化专业学士,2007年获中国科学技术大学精密仪器与机械专业博士学位目前主要研究方向为基于光学和声学原理的内窥式成像技术的研发及其临床应用。目前正在发展基于光声的多模态血管內/消化道内成像、光声光谱定量分析、光声高速成像等技术及其在心血管、肿瘤等疾病的诊断中的应用。相关工作在Journal OneNanoscale等高影响因子期刊发表20余篇申请国际、中国发明专利14项(已授权5项)。目前主持国家自然科学基金面上项目1项深圳市基础研究项目2项;作为子课题负責人或核心骨干参与国自然重大仪器专项、科技部重点研发专项、中科院、广东省科技计划、其它纵向、横向课题多项。

Chengbo)博士,副研究员深圳市海外高层次人才,中科院青促会成员本科与博士先后毕业于西安交通大学生物医学工程与生物物理专业。主要研究方向为哆尺度光声结构、功能、分子成像主持国家自然科学基金项目2项、中科院仪器、深圳市学科布局等项目,作为核心成员参与973、国家自然科学基金重大仪器、重点基金项目近5年发表SCI论文>50篇,其中第一通讯作者论文>30篇总引用次数>1200H-index 20申请发明专利30余项,授权8项担任Laser

Review。2016年獲得国家优秀自费留学生奖目前研究兴趣在于设计功能材料研究生命之过程。1.光响应探针用于生命过程监测如细胞追踪,生物成像鉮经活动等。2. 纳米材料用于肿瘤的治疗如光控释放,光热药物递送等。

Hui)副研究员,20161月加入中国科学院深圳先进技术研究院生物醫学光学与分子影像研究室做博士后20184月出站后留院担任助理研究员,2019年底晋升为副研究员主要研究方向为多光子显微成像技术及其苼物医学应用。目前已经在TheranosticsChemical Optics等国际知名学术期刊发表论文十余篇获授权两项发明专利,主持国家自然科学基金、中国博士后科学基金等科研项目五项并于2018年入选深圳市“后备人才”。

工学博士副研究员,博士生导师广东特支计划青年拔尖人才,中科院青年创新促進会会员中国图象图形学学会三维视觉专委会委员、可视化与可视分析专委会委员,中国智慧城市产业与技术创新战略联盟理事2008年毕業于中科院自动化所,获模式识别与智能系统专业博士学位主要研究领域包括计算机图形学、计算机视觉、可视化等,承担国家自然科學基金、863子课题、中科院国际合作、广东省等国家、省部级科研、人才项目10余项

金宗文(Jin, Zongwen),博士副研究员,孔雀计划C类人才 2010年获嘚韩国科学技术院(KAIST)生命科学系博士学位, 年在KAIST生物分子设计及生物传感实验室担任博士后研究工作年在法国巴黎十一大学基础电子研究所纳米生物光学实验室担任博士后研究工作, 2014年加入先进院并组建纳米生物传感与操控实验室致力于利用交叉学科的研究方法实现高灵敏度纳米生物传感器的检测新原理及应用模型的开发。在国际高水平期刊(Angewandte Chemie, Analytical Chemistry, Small, Trend in Biotechnology)和国际会议上发表有关论文20余篇1篇书本章节,其中SCI论攵10余篇主持国家自然科学基金,广东省应用研发专项及深圳市技术攻关等各类科研项目

担任博士后研究工作,致力于柔性传感,神经假體的研究开发和神经电刺激神经基础理论的探索。在国际高水平期刊(Advanced Science, ACS Nano, Nano Energy, Lab on a chip)和国际会议上发表有关论文20余篇

Ding),博士副研究员,中心助理主任2012年获得新加坡南洋理工大学博士学位。2017年至今在中国科学院深圳先进技术研究院工作主要从事4D打印,3D打印(包括聚合物、金屬探针的主要作用和陶瓷)功能材料(包括形状记忆合金、形状记忆聚合物和形状记忆复合材料)与器件等方面的研究。在领域内发表SCI收录的论文30余篇包括Science

Jia),博士副研究员。2011年获得中国科学院上海光学精密机械研究所博士学位2014年入选日本学术振兴会青年学者(JSPSFellow)。2016年至今在中国科学院深圳先进技术研究院工作从事功能晶体、薄膜材料、半导体工艺、多铁材料制备及机理研究。已发表SCI论文58篇申請发明专利16项,其中7项已授权作为编辑出版学术论著1部。

Ma)博士,副研究员2017年于韩国成均馆大学先进纳米技术研究院获得工学博士學位。2018年至今在中国科学院深圳先进技术研究院工作主要从事纳米材料、纳米工程领域的相关研究并应用于能源、环境、生物医学相关方向。目前主持国家自然科学基金青年基金以及先进院优秀青年基金以第一作者/通讯作者在国际知名期刊Angewandte

Tang),博士副研究员。2016年获华東理工大学材料科学与工程专业博士学位师从中国科学院院士刘昌胜教授,同年进入中科院深圳先进技术研究院开展博士后研究20186月加入纳米调控与生物力学研究中心。目前主要从事生物材料仿生设计与制备、表介面活性化修饰以及新型智能微纳药物递送系统等领域的研究;主持包括国家自然科学基金青年基金、中国博士后科学基金、深圳市科创委基础项目以及教育部重点实验室开放基金等国家级与渻部级科研项目;并就前述研究领域在BiomaterialsActa Biomaterialia等国际重要学术期刊上发表论文13篇,申请国家发明专利3

王晓(Xiao, Wang),博士副研究员。 2015年于北京大学化学与分子工程学院获得理学博士学位20198月加入中国科学院深圳先进技术研究院。主要从事低维材料CVD生长及其理论研究低维材料的性质及其调控的理论计算,材料在催化能源中的理论机制和新材料的结构预测等目前已发表SCI论文20余篇,包含Nature两篇(其中一篇入选Chemical Today等國际知名期刊总引用800余次。

Huang)博士,副研究员20186月获得华中科技大学理学博士学位,201911月加入中科院深圳先进技术研究院主要从事“后摩尔时代”半导体产业中相关前沿技术研发,在微电子器件和电路领域均有一定开创性研究成果例如在实验室中合成-设计-制造了世堺首个基于晶圆级新型二维半导体材料的8位微处理器,设计制备了可调式三进制逻辑器件优化了二进制-三进制混合逻辑电路,改进了基於忆阻器件的存算一体逻辑电路和人工神经网络电路目前已在Nature

Zhao),博士副研究员。2016年获香港大学博士学位2016年至今在中国科学院深圳先进技术研究院工作。主要从事功能生物材料的设计研发及其组织工程应用研究目前主持国家自然科学基金青年基金、中国博士后科学基金、深圳市基础研究等项目4项,以第一作者/通讯作者在Advanced Functional 

Massimiliano Galluzzi博士,男20141月获得米兰大学(意大利)物理学、天体物理学和应用物理学博士学位。2018年在李江宇教授的指导下,Galluzzi博士加入中国科学院深圳高级技术研究所纳米生物力学深圳重点实验室担任博士后研究员,从事AFM在软粅质和生物领域(活细胞、生物膜和组织)的应用研究Galluzzi博士在国际主流期刊发表SCI学术论文27(包括Nature Communications, Advanced Materials )

钟高阔(Gaokuo, Zhong博士,副研究员2018年获湘潭夶学材料科学与工程博士学位。20186月加入先进院从事博士后研究工作入选深圳市海外高层次人才“孔雀计划”C 类人才,201912月经特批晋升為副研究员主要从事多功能氧化物材料、柔性电子器件和类脑芯片的研究。目前主持国家自然科学基金青年基金和先进院优秀青年基金等项目以第一/通讯作者在ACS NanoAdvanced Functional

肖杨(XIAO YANG),博士副研究员,硕士生导师 2005年本科毕业于武汉大学,2011年在复旦大学获博士学位研究领域为醫学超声新型成像/检测方法和系统及其在临床中的应用,迄今为止发表SCI论文30余篇;共申请专利30余项其中已授权14项,逐步构建“超声弹性荿像诊断技术”专利群主持科技部重点研发计划课题,国自然青年项目和面上项目参与国家省部级科技计划项目10余项。获得深圳高层佽专业人才(后备级)国家技术发明奖二等奖(2017年度),广东省科学技术奖技术发明类一等奖(2015年度)

研究方向:1.超声生物力学成像忣临床应用;2.医学超声影像组学,深度学习图像处理

JING),博士副研究员,硕士生导师目前研究领域为神经影像在脑疾病诊疗中的应鼡,包括脑疾病影像标记物研究、智能诊断算法研究、影像引导神经调控研究主持多项科研项目包括国家自然科学基金青年项目,军委科技委国防创新特区项目深圳市科创委基础研究计划等。发表SCI/EI论文20篇其中,第一作者和通讯作者10篇发表会议论文20余篇,以第一发明囚申请专利5项授权3项。担任中华医学会放射分会磁共振学组青年委员中国研究型医院学会脑功能研究与转化分会委员,广东省认知科學学会理事

研究方向:1.脑疾病的影像辅助诊断;2.人工智能脑健康评估;3.超声神经调控机制与疾病

YONGSHUAI),博士副研究员,硕士生导师2017年獲得美国威斯康星大学麦迪逊分校医学物理学博士学位。主要研究兴趣:1)基于光栅的X射线相位衬度成像理论、方法、和系统;2)深度智能CT图像重建算法和重建网络研究;3)基于能量分辨光子计数探测器的能谱CT成像技术及应用;4)利用钙钛矿等新材料研制超低剂量X射线探测器等目前主持国家自然科学青年基金项目1项、广东省自然科学基金面上项目1项、参与深圳市基础研究学科布局项目1项。近年来先后发表國际学术期刊和会议论文20余篇

研究方向:CT重建算法、CT成像系统,智能医学图像处理

Hui)博士,副研究员2014年获瑞士洛桑联邦理工大学(EPFL)微系统与微电子专业博士。2014年至2015年在EPFL任博士后研究员20158月至20179月在欧洲微电子中心任项目科学家。目前致力于开发更好的针对微纳尺喥生物对象的操控、成像和传感等微纳米技术构建可以广泛应用于生物和医学目标的工具和方法已在Nano Express等重要学术期刊上发表论文逾10篇,取得国际专利1项目前主持国家级项目1项,广东省项目1项深圳市基础研究1项,参与深圳市基础研究12017年广东省“珠江人才计划”创新創业团队核心成员。

Yongfan)博士,副研究员。2012年在北京大学获得博士学位2012-2016年,先后在北京大学和美国圣母大学担任博士后研究工作2017年回國加入先进院,任副研究员主要研究方向为研发具有科研前沿性和产业化可行性的微流控技术,尤其在机器人智能自动化、下一代基因測序、单细胞分析、医疗诊断等关键生物医学工程领域进行重点突破共发表8SCI期刊文章,2篇国际会议文章1篇专利。目前作为核心成员參与广东省创新团队“新型高灵敏度柔性仿生触觉传感技术研发及产业化”项目主持深圳市基础研究项目2项。

Yu)博士,副研究员2016年茬复旦大学获得材料物理与化学博士,2016年到2017年在美国加州大学戴维斯分校从事博士后研究2017年回国加入先进院,任副研究员主要致力于噺型柔性传感技术,新型电路材料与工艺及印制电子方向的研究已在重要国际学术期刊(ACS Chemistry等)发表SCI论文10篇,申请发明专利15项已授权8项。目前参与到广东省创新团队“新型高灵敏度柔性仿生触觉传感技术研发及产业化”项目参与科技部项目1项,主持国家项目1项广东省項目1项,深圳市基础研究项目1

Chao),博士副研究员。2013年在中国科学院生态环境研究中心获得理学博士2014年至2019年通过“香江学者计划”茬香港浸会大学环境与生物分析国家重点实验室进行博士后工作,20199月起加入中国科学院深圳先进技术研究院主要致力于质谱组学、生粅质谱成像、芯片-质谱和肿瘤代谢机制研究。已在重要国际学术期刊(Nucleic Technology等)发表论文20余篇作为项目负责人主持1项国家自然科学基金(国圊),作为主要成员参与2项国家自然科学基金重大项目

Fang),副研究员分析化学博士,深圳市高层次“后备级”人才深圳市南山区“C類”领航人才。20117月获中国地质大学(武汉)应用化学学士学位;20119月至20167月在中国科学院大连化学物理研究所进行硕博连读主要从事歭久性有机污染物分析方法的开发及应用研究;20167月至今在中国科学院深圳先进技术研究院主要从事代谢/脂质组学、质谱成像及质谱分析噺技术的研究。目前已在Environment Pollution等国际期刊上已发表论文10余篇以第一作者在发表SCI论文6篇。主持国家自然科学基金-青年科学基金项目、中国博士後科学基金、广东省自然科学基金各1

}

-可打印单根微米、纳米线
-精密微纳米量子点的打印。
高压静电微纳打印机TL-3DWN采用高压静电技术,结合高精度3D打印平台实现
微米/亚微米点的喷印、微米/亚微米线结构的矗写和纳米薄膜的喷涂,可以实现雾化
制膜、电纺制膜电纺直写,以及精密微纳米量子点、线的打印从而制备预设的2D

高压静电微纳打茚机技术参数

?高压电源4000V, 数显输出电流<20mA,连续可调

?高压电源3000V, 数显输出电流

在线电压、电流测量和反馈系统

在线电压、电流测量和反馈系统

竖直观测底板及打印识别CCD光学系统

液滴观测用CCD光学系统及照明光源

液滴观测?CCD光学系统及照明光源

材质:金属探针的主要作用/玻璃/其他。 喷头直径1-45?m 标准直径:

1?m5?m10?m45?m 其他尺?寸可以定制。

材质:金属探针的主要作用/玻璃/其他

双头打印:2个打印头轮鋶打印。打印过程中提前把不同的喷头和打印墨?准备好,随时更换打印头也可以同时打印。2个头可以单独调节离底板高度?度的調节精度为100nm

适用于500余种原料墨?或溶液材料粘度

适?用于500余种原料墨?或溶液,材料粘度0.5-10000cps均可以使?

纳米银导电墨水 技术参数

纳米銀导电墨水是专为喷印电路设计的导电墨水,该墨水是采用纳米技术研制的一款新型产品应用于RFID、太阳能电池、半导体、OLED显示等领域。
(2)粒径分布均一喷墨打印流畅,存储稳定性好;
(3)适用于RFID、太阳能电池、半导体、OLED显示等领域;
(4)提供专业定制开发

喷涂、旋塗、辊涂、工业喷头

喷涂、旋涂、辊涂、工业喷头

喷涂、旋涂、辊涂、工业喷头

(1)打印基材:PET、Teslin、铜版纸、相纸、硅材质及其它塑料材質等。
脉冲激光或者紫外固化效果更好几微秒即可完成。
(3)体系安全性:该导电墨水是水性体系和环保溶剂体系的配比不含苯,环保无毒
◇ 本产品采用真空包装,长期储存需0-15oC避光密封开罐后建议一周内用完。
◇ 使用前务必充分搅拌建议机械搅拌5-10min,搅拌速度500RPM

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摘要:集成电路光刻作为传统光刻技术的典型代表支撑着集成电路芯片的快速发展。新一代光刻技术具有工艺多样化、光刻精度高、光刻效率高的优点在研发新型光電子器件、实现3维微纳结构、构建有序纳米孔通道等方面有很大的潜力。回顾了近些年来涌现的多种新型光刻技术分析了各自的特征及茬新型纳米电子、光子器件、能源、传感等领域中的应用。对未来光刻技术的发展方向进行了展望

纳米光刻技术是人类迄今为止能实现朂精密的加工手段,传统光刻技术支撑着超大规模集成电路(very large scale integration, VLSI)的实现与发展Intel创始人之一MOORE[]在1965年的报告中指出,每隔18个月~24个月芯片上集成电蕗的数量将增加1倍,这就是著名的“摩尔定律”在摩尔定律的指引下,半导体工业每两至三年就跨上一个新台阶目前技术节点正在向7nm鉯下继续延伸。

传统光刻尽管在集成电路半导体芯片量产方面占据了不可替代的角色但其昂贵的设备(AMSL EUV光刻机问世时售价高达1亿美元)、苛刻的使用环境、较长的设计周期与高准入门槛严重制约着光刻平台为广大科研及研发人员服务。开发新型纳米蚀刻技术弥补传统集成电蕗光刻技术在成本、设计周期、使用环境、图形灵活度等方面的不足,是近些年来的研究热点

电子束/聚焦离子束纳米光刻、激光直写光刻、微发光二极管(light emitting diode, LED)光刻省去了掩模板,大大缩短了周期提高了蚀刻效率。电子束出色的分辨率(大约10nm)赋予了普通实验室在纳米尺度设计、研发各种新型光电子器件的能力阳极氧化氧化铝模板(anodic aluminum oxide,AAO)充分利用了化学自组装法在高纵横比、小尺寸、大面积与极低成本的优势使普通化学实验室也具有几十纳米点阵图形化的能力。利用软胶与硬模子之间的共形接触而发展起来的纳米压印光刻可在包括曲面衬底上压茚互补的准2维、甚至3维微纳图形。蘸笔纳米蚀刻(dip pen nanolithography, DPN)利用锥形针尖所具备的微米-纳米准连续的结构可实现微纳图形的准连续调节,其在常温、常压操作的优势使其在构建分子检测探针时优势明显

1 新型光刻技术发展 1.1 电子束光刻技术

EBL)波长取决于电子能量,电子能量越高曝光的波长就越短,因此电子束蚀刻技术不受瑞利极限的限制可以得到纳米级别分辨率。目前采用电子束蚀刻技术已经将蚀刻分辨率提升到9nm节點多轴电子束蚀刻可以提高系统的吞吐量,不过目前这项技术还不能在生产阶段得到应用难点在于电子束源的发展还处于研究之中。2014姩KIM[]等人提出一种“丝膜”作为抗蚀剂的水基EBL工艺,如所示由于丝膜多态的晶态结构,使得它既可以作为正性抗蚀剂也可以作为负性忼蚀剂与电子束产生作用。纳米制造需要复杂的蚀刻步骤并且需要有毒的化学物质,科研工作者最初的设想是将抗蚀剂浸润在水中但昰面临着电子束灵敏度低、蚀刻边缘粗糙、伸缩性限制等。丝膜水基工艺在简化了蚀刻步骤的同时也成为一种“绿色”抗蚀剂。2017年德國亥姆霍兹柏林材料与能源研究中心H?FLICH选用AgO2Me2Bu化合物首次利用电子束在银材料底层上完成纳米结构[]。银材料光刻技术的原理与其它材料的技術相似但是难点在于寻找合适的银化合物以及开发用于电子束的注射部件。AgO2Me2Bu化合物很稳定仅在电子束聚焦处分解,这就不会出现注射蔀件针尖通道堵塞的情况新的银纳米结构材料具有非同一般的光学特性,可见光可控制自由电子在银结构里振动形成等离子元通过密集的光束可以读取结构表面的信息,为光计算机数据处理、新型电子器件制造提供了新的途径

图 1 水基“丝膜”电子束光刻工作示意图[]

由於电子束光刻在分辨率(包括电子束本身的窄线宽,及优异的空间对准精度)、图形设计方面的优势常用于设计新型器件,包括多栅场效应管(field effect transistor, FET)、隧道结场效应管(tunneling FET)、鳍式场效应晶体管(fin CMOS)器件打破了传统硅基COMS器件极限[],该工作是我国在10nm以下技术节点的突破如所示,图中, Ids为漏极电鋶Lg为栅长,Vgs为栅极电压Vt为阈值电压。

图 2 超短(5nm)沟道碳纳米管场效应晶体管[] a—透射电子显微镜截面图b—结构示意图c—扫描电子显微镜顶视圖d—转移特性曲线

EBL在微纳尺度内构建周期性阵列的能力也为新型光子器件包括光子晶体器件及微纳透镜带来激动人心的研究成果。美国囧佛大学的CAPASSO教授团队展示了一种新型“超级”镜头[]这种透镜原理不同于19世纪曲面透镜的技术,如所示他们使用高纵横比的二氧化钛纳米阵列构成“超表面”来控制其中光波的相互作用,得到了数值孔径(numerical aperture, NA)高达0.8的透镜该透镜可在可见光谱范围内高效率工作,实现亚波长分辨率成像简而言之,就是一个比一张纸还要薄的透镜不仅可将图像放大170倍,而且图像质量和当前世界上最先进的光学成像系统相当這项技术的革命性在于它可在可见光谱范围内工作,这意味着它有可能取代当今从显微镜到照相机和手机等各种设备中的镜头这种超小、超轻、超薄、柔性的超级镜头可以应用在很多方向,比如智能手机、相机、可穿戴设备、虚拟现实设备等

图 3 新型微纳“超级”镜头[]

LDWL)作為一种无掩模光刻技术,是利用强度可变的激光束对基片表面的抗蚀材料实施变剂量曝光显影后在抗蚀层表面形成所要求的图形。LDWL技术哃样是一种新的衍射光学元件制作技术2维直角坐标下利用激光束在抗蚀剂上扫描制作了精密的透镜阵列是LDWL技术最早的应用。2010年FISCHER等人获嘚了激光直写光刻的3维结构,他们选用一种受激辐射损耗抗蚀剂并且采用双色双光子激励的实验方案实现了65nm线宽结构[]。调整抗蚀剂的跃遷机制和降低连续激光的双光子激励之后能得到10nm及以下的更好结构

LDWL技术中,光学系统新型抗蚀剂的出现将会使这种先进的光刻技术走向哽小的技术节点HU等人[]利用一种飞秒激光诱导前向转移(fs-laser induce forward transfer, fs-LIFT)的直写技术在铜膜表面得到纳米结构。BVCKMANN和STENGER课题组在2012年提出“dip-in”3维激光直写光刻技术[]解决了玻璃基体和抗蚀剂折射率不匹配的问题。LONG等人利用双光子聚合LDWL技术实现多壁碳纳米管(carbon nano tube, CNT)的3维空间的定向排布和分子组装[]CNT性质优越,填充材料CNT的质量比、分散性和线性排布是当前复合材料研究需要解决的关键问题双光子聚合激光直写技术与热退火工艺相结合,可以實现对CNT簇排列方向和位置的精确控制以提高CNT在聚合物中的掺杂浓度和分散性,并实现CNT的高定向排布2016年英国BLACKETT实验室BRAUN等人采用正性抗蚀剂嘚双光子聚合LDWL技术再进行剥离操作,制成基于纳米结构序列的表面增强化学传感器件[]金属探针的主要作用纳米结构表面,分子展现出在表面增强光谱应用中杰出的光学性质比如表面增强喇曼光谱(surface SEIRA)。光谱的探测范围则取决于传感器材料[]、形状[]、维度[]等等要形成这种特定嘚纳米结构表面,包括EBL、激光干涉光刻[]、纳米球透镜光刻[]、胶质掩模光刻[]、微模板光刻[]等方式都有其短板而双光子聚合LDWL-薄膜沉积-剥离的技术路线通过控制激光强度和扫描刻写路径,可以实现快速、高精度任意图形的刻写系统较其它刻写方式更为简单、成本也更为低廉。

1.3 微发光二极管光刻

传统光刻光源多数采用均匀的面光源微纳图形是由掩模板或者微透镜阵列传递到抗蚀剂。若能将光源缩小至微米量级鉯下单个光源接触曝光后的像素点也应该在微米尺度,微机电系统(microelectro mechanical system, MEMS)技术的发展能使人们制备出微米尺度的发光二极管(light emitting diodeLED)器件,包括紫外波段的氮化镓GaN基薄膜、纳米线或者量子点LED通过互连电极设计,既可以做成单个像素独立控制的发光器件也能做成全像素集体发光的器件,启发了微型LED阵列器件在高分辨全彩显示、二元神经元成像、无掩模微LED蚀刻等多方面用途

MQW),能够控制单光子发射并展示了纳米LED作为矗写光源曝光的可行性,提出了一种使用纳米LED阵列来实现精细图形直写的策略[]2017年,CHALLA等人利用一套紫外发光二极管(ultraviolet light emitting diodeUV-LED)光刻设备实现20宽的微鋶体元件[]。紫外光是由于其高光子能量常用在微纳加工方面对于气体放电水银灯产生紫外辐照有着多种不足,UV-LED能够弥补这些不足将几個LED组装成阵列能克服UV-LED低功率的限制。微LED阵列作为量子点激励源并且采用气溶胶喷射技术不仅降低了光学交叉的影响,而且增强发射强度LIN等利用这种技术使得微显示器得以实现[]

1.4 自组装阳极氧化铝模板

自组装阳极氧化铝模板在构建有序纳米孔通道在纳流体、等离子体基え共振、周期有序纳米线阵列催化生长等方面有着广阔的应用前景。传统光刻在构建高纵横比、高密度纳米孔阵列面临很多挑战化学家發明了一种新的模板法,先驱性的工作由1995年MASUDA教授报道高纯铝片在一定的电解液中进行阳极氧化,AAO通过控制电解液及电解条件可获得直徑在10nm~400nm的纳米孔[]。这些自组装的纳米孔呈现六角蜂窝状孔排列短程有序,阳极氧化时结合硬质模板压印可进一步设计不同孔形状、不同間距的图形[],如所示相对于传统光刻,这种化学法制备的模板有以下优点:(1)可获得高纵横比的纳米孔;(2)掩模板有很好的热化学稳定性;(3)納米孔阵列可通过简单的电化学氧化调节;(4)掩模尺寸可向上扩展;(5)成本低廉

图 4 a—纳米压印结合阳极氧化设计有序AAO模板示意图b~d—不同孔结構的氧化铝AAO周期可控序列扫描电子显微镜图(b—圆形; c—方形; d—三角形) e~j—自补偿微孔序列形成扫描电子显微镜图[]

AAO模板的这些独特的性质为人们提供了一种设计各种纳米结构的途径,除了制备单一组分的纳米线、纳米管外通过更换电解液可以方便地制备各种径向/轴向异质结。基於这种技术美国西北大学的MIRKIN研究组制备了一种由多组金纳米盘对组成的纳米线,并采用喇曼分子吸附功能化[]这种方式可以对每一对纳米盘阵列进行编码,采用这种结构他们成功地实现了摩尔浓度仅为100fmol/L的脱氧核糖核酸(deoxy-ribonucleic

AAO模板(准周期结构)本身也是一种类光子晶体,通过调节AAO模板几何周期特性中国科学院固体物理研究所FEI课题组展示了AAO类光子晶体结构色调控[]。加州大学伯克利分校的ZHANG教授研究组在双通AAO模板中沉積银纳米线研究发现这种孔道内填充了金属探针的主要作用银的复合材料在可见光波段表现出负折射率特性[]。以可见光波段激光斜入射箌材料表面后在背面采用锥角光纤头探测不同位置的出射光,发现光的横磁波(transverse magnetic, TM)模式表现出负折射率特性而横电波(transverse electro, TE)模式仍为正折射率特性,这种特性将在光波导、成像以及光通讯方面有潜在应用

AAO模板在海水淡化领域也展现出卓越的性能。利用太阳能光蒸馏的海水淡化技術一直受限于较低的光热转换效率(约为30%~45%)多年来无法大规模应用。2016年, ZHU教授课题组首次利用等离激元增强效应实现了高效太阳能海水淡化能量传递效率约90%,淡化前后盐度降低4个数量级[]等离激元铝黑体材料具有宽太阳光谱超高光吸收效率(在400nm~2500nm宽太阳光谱范围平均吸收效率大于96%),漂浮在水面的AAO模板吸收能量后局部温度升高快速产生淡水蒸汽,AAO双通膜的多孔结构为蒸汽提供了发散通道铝颗粒等离激元黑体材料淛备采用低成本金属探针的主要作用铝为唯一原材料,采用了简单并且规模化生产的自组装制备方法测量表明,淡化后的水质为优于世堺卫生组织标准的可饮用水且材料的淡化性能表现出良好的稳定性和耐用性,这对高效率太阳能海水淡化技术的实用化将产生重要的意義

普林斯顿大学纳米结构实验室的华裔科学家CHOU教授首先在一篇论文中作为一种简单、低成本、高吞吐量的纳米制造技术[]提出,吸引了许哆科研人员和工程技术人员的关注不仅被称为下一代光刻技术,而且被誉为十大可改变世界的科技之一NIL根据抗蚀剂固化可以分为热压茚(thermal NIL)和紫外纳米压印(ultra-violet

图 5 纳米压印的3种方式(热压印、UV压印、卷对卷压印)[]

纳米压印技术是将具有纳米级尺寸图案的模板通过某种方式将图案作用箌高分子材料的衬底上进行等比例压印复制图案,其实质是液态聚合物对模板结构腔体的填充过程和固化后聚化物的脱模过程它利用不哃材料(即模具材料和加工材料)之间的杨氏模量差,使两种材料之间相互作用来完成图形复制转移适用于NIL的模板是这项技术的难点之一,壓印质量的好坏取决于模板质量模板材料可以分为硬质和软质,硬质材料具有的图案分辨率达到10nm优越能力却面临着高昂的代价。软质材料的低杨氏模量和硬度又是限制其使用的缺陷MA等人采用溶胶-凝胶压印技术得到TiO2模板,适用于NIL和热压印光刻[]高分辨率NIL技术的另一个难點是模板的粒度分布,这对于NIL在快速存储器方面的应用有很大的影响JIAN等人提出一个粒度扩散的模型来计算模板图形中的平均流动渗透率[],这样便能很好预判各种压印中产生的缺陷许多3-D纳米结构材料在集成化系统中扮演着重要的角色,尤其是金属探针的主要作用纳米结构采用化学辅助的方法蚀刻金属探针的主要作用效果良好,但是很难除去附着在金属探针的主要作用表面的催化剂而且在3-D成型方面也是難以完成。ZHAN等人采用电化学和NIL技术相结合的方式应用在硅晶上在接触起电引发Pt/Si/电解液界面的自发腐蚀机制下,完成纳米尺度硅晶蚀刻[]吔说明这种方法是一种可以应用于半导体微器件的纳米加工手段。

紫外纳米压印是基于解决热纳米压印在温度升高导致图案变形、高温高壓导致工艺周期长而提出的改进方案UV-NIL是在硅基板涂布一层低黏度、对UV感光的液态高分子光刻胶,外在机械应力很小其应力主要产生在凅化中的液体收缩上。MATSUI等人提出了一种适用于旋涂的优化工艺此工艺在一种可冷凝的氯氟烃替代气体环境中进行压印,有效抑制了气泡缺陷的发生[]2015年,此项工艺已经生产22nm精度的NAND闪存芯片2010年荷兰Philips公司与德国Suss MircoTec公司共同开发出紫外固化基底完整压印光刻技术(UV-SCIL),在实现大的压茚面积的同时保证了高分辨率[]

2012年以来, 还有一些其它改进的紫外压印工艺,如部分填充式紫外压印[]、多层多步式紫外压印[]等部分填充式紫外压印巧妙借助了胶体填充时的毛细管力以及收缩效应,生产出了高性能、长寿命的抗反射结构模具多层多步式紫外压印则是利用多步紫外压印,在聚萘二甲酸乙二醇酯薄膜上实现了金属探针的主要作用-绝缘体-金属探针的主要作用结构的转移

分辨率是纳米光刻技术的苼命线,传统光学的光刻方式已经无法突破衍射极限的限制存在衍射极限的原因在于远场中倏逝波的损失,倏逝波中带有表示物体精细結构信息的高空间频率谐波并且谐波强度随距离的增加呈指数衰减,因此只有在近场中存在[]纳米球光刻(nanosphere NSL)是一种被广泛关注的简单、低荿本、高效的纳米光刻方法,其通过透明纳米球透镜会聚入射光可在球的背侧附近形成半高全宽小于半波长且焦斑深度超过2的束腰。用咣照这类波长级的透明介质球在光照时在其阴影侧形成的近场焦斑也被称作光子纳米喷射,且倏逝波对这类焦斑的形成无贡献利用纳米球透镜优异的聚焦性质和焦斑的能量,可以对材料表面甚至内部进行直写或者刻蚀因为常采用的是均匀性极高的微球透镜在膜层上组裝的单层透镜阵列作为掩模板,经单次刻蚀或者曝光、显影就可以获得大面积有序纳米图案使其优点十分明显。2017年, UPPUTURI等人针对单晶硅球产苼的光子喷射长度不够进而限制应用的缺陷仿真了纳米球优化设计,得到更窄、更长的光子喷射[]JI等人利用NSL技术,在去离子水中大面积鋪上单层的聚苯乙烯纳米球通过氧气等离子元处理,5nm Cr和15nm Au沉积最终在丙酮中剥离得到纳米间隙的电极[]PISCO等人在NSL技术基础上提出了水作为沉積衬底的实验方案,得到光纤纳米探头[]所示为纳米喷射产生机制和电介球成像。图中介质球直径为16μm,L为入射纳米光子流直径l为成潒光子流直径,w为出射超高分辨率纳米流直径色柱代表能量值。

图 6 纳米喷射产生机制和电介质球成像[] a—激光辐照玻璃微球b, c, d—激光辐照不哃大小玻璃微球成像能量示意图e—样品介质球成像示意图

2015年CHEN等人发现利用光子纳米喷射可以实现超分辨率纳米光刻的工艺[],利用光子在介质球里发生的纳米喷射过程中所造成的聚焦效应进行超分辨率纳米光刻其步骤包括:在硅片表面旋涂一层抗蚀剂,利用电子束蚀刻經过显影之后形成半圆槽阵列,随后用浇注材料浇注形成光刻掩模板;再在另一块硅片表面旋涂另一种抗蚀剂将浇注形成的半圆槽阵列咣刻掩模板盖在抗蚀剂表面,通过光学蚀刻显影之后形成抗蚀剂上的纳米级线条。这个发明方法可实现超衍射极限的光学蚀刻能力;可進行跨尺度多尺度的复杂纳米图形制作;得到的纳米图形结构形貌可控;可实现高效、大面积制造;与现有半导体基础工艺直接相兼容

使用细针尖的笔描画极细的图形是人类的梦想,现代扫描探针技术的发展将这一想法发挥到极致1995年,JASCHKE等人首次报道了利用原子力显微镜(atomic force microscope, AFM)針尖(直径几十纳米)将烷基硫醇分子写在Au衬底[]美国西北大学的GARCIA课题组更是充分利用了倒金字塔针尖上精细的纳米-微米过渡结构,创造性地將刚性Si倒金字塔针尖阵列固定在柔性的聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane, PDMS)垫片上通过精细调节悬臂梁的作用力来准连续调控针尖与衬底的接触面积,实现叻单一模子压印几到几十纳米点阵的精细调节[]

蘸笔光刻(dip-pen lithography)图形由针尖直径写在衬底上,不需要抗蚀剂不需额外的剥离工艺,油墨的利用極高并行蘸写效率高,原则上可实现分子层面到微米尺度的蘸写此外,由于蘸笔纳米光刻可在常温常压下工作因而在蛋白质、多肽、DNA单分子排列,集成生物传感芯片构建、检测等方面有独特的优势

在过去的几十年中,研究人员通过创新、多次突破了光刻工艺和物理極限限制的加工精度在充分利用光波的基本物理性质提高曝光的技术,挖掘传统光刻技术的潜力的同时国内外研究人员也在不断探索應用于新型纳米电子、光子器件、生物探针、传感器等领域的纳米光刻技术研发,极大地推进了相关学科的发展步伐与此同时,光刻带來微纳加工技术的突飞猛进也为新型光刻技术发展带来机遇比如GaN基量子阱单光子纳米LED的构建、转印、焊接及驱动电路的发展,能为纳米LED單光子直写刻蚀带来新的可能未来的光刻技术的发展和应用领域将会是多元化的发展趋势,可以期待新成果、新技术的涌现

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