?? ?科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展的時代，功能結(jié)構(gòu)的微納米化不僅可以帶來能源與原材料的節(jié)省，同時可以實(shí)現(xiàn)多功能的高度集成和生產(chǎn)成本的大大降低。微納米加工技術(shù)主要分為直接加工技術(shù)和圖形轉(zhuǎn)移技術(shù)。直接加工技術(shù)有激光加工，聚焦離子束(FIB)刻蝕，Local Anodic Oxidation局部陽極氧化(基于AFM)，Dip Pen NanoLithography浸蘸筆納米加工刻蝕等； 圖形轉(zhuǎn)移技術(shù)主要分為三個部分：薄膜沉積，圖形成像（必不可少），圖形轉(zhuǎn)移。作為微納加工工藝的核心，圖形生成工藝可分為三種類型：(1) 平面圖形化工藝，探針圖形化工藝，模型圖形化工藝。平面圖形化工藝的核心是平行成像特性，主要包括光刻技術(shù)(掩模，直寫)，電子束曝光(EBL)；(2) 探針圖形化工藝是利用高精度探針對樣品或涂層進(jìn)行逐點(diǎn)掃描成像技術(shù)，具有精度高，部分實(shí)現(xiàn)直寫，3D加工等，代表技術(shù)有：熱式掃描探針技術(shù)（NanoFrazor）；(3) 模型圖形化工藝是利用微納米尺寸的模具復(fù)制出相應(yīng)的微納米結(jié)構(gòu)，典型工藝是納米壓印技術(shù)(NIL)，還包括模壓和模鑄技術(shù)。
?? ?雖然目前微納加工技術(shù)眾多，但能夠?qū)崿F(xiàn)納米級(100nm以下)分辨率的結(jié)構(gòu)加工僅有： 聚焦離子束刻蝕(FIB)，納米壓印技術(shù)(NIL) 和 電子束曝光(EBL)。聚焦離子束刻蝕(FIB) 采用聚焦后的離子束撞擊材料表面并實(shí)現(xiàn)去除基體材料的目的，可實(shí)現(xiàn)3D納米結(jié)構(gòu)直寫，適用材料廣泛，但加工精度不高；納米壓印NIL采用具有納米微結(jié)構(gòu)的模板將其上的圖形轉(zhuǎn)移到其他材質(zhì)上，效率高，但模板本身需要其他工藝制備，一般采用EBL，模板價(jià)格昂貴，無法修改圖形，適用于大批量生產(chǎn)；電子束曝光利用聚焦電子束將膠體改性，經(jīng)過顯影最高可實(shí)現(xiàn)10 nm精度的加工，是傳統(tǒng)高精度加工的典范，但其價(jià)格昂貴，操作繁雜，臨近效應(yīng)使得兩個結(jié)構(gòu)無法貼近。

??? 瑞士Swisslitho公司的 3D納米結(jié)構(gòu)高速直寫機(jī)NanoFrazor采用IBM蘇黎世研究中心研發(fā)多年的熱探針掃描刻寫技術(shù)及新型的直寫膠技術(shù)，創(chuàng)新地將基于熱探針的納米結(jié)構(gòu)刻 寫和基于冷探針形貌讀取相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)高精度3D 納米結(jié)構(gòu)的直寫和實(shí)時的形貌探測功能。該技術(shù)創(chuàng)新獲得R&D雜志2015年R&D top 100大獎。NanoFrazor憑借其10 nm的加工精度和0.1 nm精度的形貌探測能力，成為納米加工領(lǐng)域的最新技術(shù)。

NanoFrazor技術(shù)特點(diǎn)：

背熱式掃描探針：

? Swisslitho采用特殊尖端工藝，以Si材料制備背熱式直寫探針，其探針針尖尖端直徑小于5nm(圖1)。通過改變針尖背部區(qū)域的摻雜量，實(shí)現(xiàn)電壓控制下的局域加熱，而探針其他位置不受影響。加熱區(qū)溫度高達(dá)1000℃，針尖溫度可300-600℃。探針側(cè)臂設(shè)計(jì)有熱傳感器用于形貌探測，形貌探測精度高達(dá)0.1 nm。

性能優(yōu)秀的直寫膠PPA：?

? IBM蘇黎世實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的用于納米加工的PPA直寫膠(resist), 其特點(diǎn)在于當(dāng)溫度高于150℃，PPA會受熱瞬間分解為有機(jī)分子單體，隨著保護(hù)氣排出。當(dāng)加熱的探針靠近PPA到一定范圍，針尖附近的PPA會瞬間分解成氣體分子，留下針尖形狀的孔洞，而孔洞周圍部分由于PPA熱導(dǎo)率低而不受影響。有效避免了普通高分子材料的熔融堆積效應(yīng)影響分辨率和針尖壽命。 多個探針的孔洞組合，形成高精度圖形，通過控制下針的深度，可以實(shí)現(xiàn)3D納米結(jié)構(gòu)的加工。

NanoFrazor書寫的納米結(jié)構(gòu)欣賞：

3D高速直寫的結(jié)構(gòu)和世界吉尼斯紀(jì)錄

制備在PPA膠和Si基底上的周期性結(jié)構(gòu)?

NanoFrazor無臨近效應(yīng)，非常容易制備臨近的納米結(jié)構(gòu)，如蝴蝶結(jié)天線和周期性結(jié)構(gòu)

NanoFrazor能夠?qū)崿F(xiàn)納米線，二維材料涂膠后無標(biāo)記物的定位和形貌觀察，并實(shí)施特定方向的形狀，器件，電極等設(shè)計(jì)

??? 實(shí)現(xiàn)功能結(jié)構(gòu)微納米化的基礎(chǔ)是先進(jìn)的微納米加工技術(shù)，微納米加工中的更多技術(shù)細(xì)節(jié)的改善和優(yōu)化是科研領(lǐng)域及儀器設(shè)備廠商不斷追求的技術(shù)方向，NanoFrazor也在不斷嘗試更精準(zhǔn)、更便捷，成為性價(jià)比更高的、更具實(shí)力的3D直寫設(shè)備。

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