微細加工與微納加工技術及應用

第1章緒論 / 001
1.1先進制造技術發(fā)展趨勢001
1.2 微制造001
1.3微切削003
1.4納米材料、納米技術004
1.5微納米加工技術005
1.5.1微納米加工技術的基本過程006
1.5.2微納米加工成像工藝類型007

第2章微切削加工技術 / 009
2.1微切削加工技術概論009
2.2微切削力學010
2.2.1尺寸效應010
2.2.2切屑形成與小切削厚度011
2.2.3比切削能與微切削力011
2.2.4表面生成和毛刺生成013
2.3微型刀具設計與制造015
2.3.1微型刀具尺寸與加工尺度015
2.3.2實柄微刀具的制造方法016
2.3.3涂層與實柄涂層微刀具016
2.3.4金剛石微切削刀具017
2.3.5微切削刀具的磨損018
2.4金剛石車削與微車削018
2.4.1超精密金剛石車削018
2.4.2金剛石車削加工微結構019
2.4.3微車削021
2.4.4微車削中的尺寸效應023
2.5微銑削加工技術025
2.5.1微銑削加工系統(tǒng)構成025
2.5.2微銑削機床025
2.5.3微銑刀026
2.5.4工藝條件027
2.5.5工件材料028
2.6微銑削中的力學028
2.6.1微尺度切削中的尺寸效應028
2.6.2小切削厚度029
2.6.3工件材料微觀結構的影響030
2.6.4微銑削技術面臨的問題030
2.7微細鉆削技術031
2.7.1微細鉆頭031
2.7.2微孔加工機床032
2.7.3微孔鉆削工藝034
2.7.4微孔鉆削實例037
2.7.5微孔鉆削中顫振研究簡介037
2.8微磨削技術038
2.8.1微（超精）磨削加工過程038
2.8.2金剛石微粉超硬砂輪超精密磨削040
2.8.3復合結合劑（黏結劑）金剛石微粉砂輪超精密磨削040
2.8.4微磨削加工脆性材料的去除機理041
2.8.5工件材料與金剛石磨粒之間的相互作用042
2.8.6微磨削的加工方法042
2.8.7在線電解修銳法（ELID）045
2.8.8微磨削加工實例046

第3章微細電加工技術 / 050
3.1電火花加工機理及特點050
3.2微細電極的在線制作與檢測052
3.3電火花微銑削加工技術054
3.3.1電火花微銑削加工技術的特點054
3.3.2基于分層制造原理的電火花微銑削加工技術054

第4章激光的微納米加工技術 / 058
4.1激光的基本原理058
4.1.1單色光束的產(chǎn)生058
4.1.2受激發(fā)射060
4.1.3二極管激光器061
4.1.4準分子激光器061
4.1.5鈦：藍寶石激光器061
4.2光束特性062
4.3激光光學062
4.3.1光學品質(zhì)062
4.3.2激光加工原理063
4.4激光微米加工064
4.4.1納秒脈沖微米加工064
4.4.2保護氣體065
4.4.3表面熔化階段劃分066
4.4.4納秒脈沖微米微加工的效果066
4.4.5皮秒脈沖微米加工066
4.5激光納米加工技術068

第5章面向MEMS與NEMS應用的金剛石CVD技術 / 070
5.1CVD工藝原理與發(fā)展070
5.2金剛石CVD工藝類型071
5.3襯底072
5.3.1襯底材料的選擇072
5.3.2襯底預處理073
5.3.3對鉬/硅襯底的預處理073
5.3.4對硬質(zhì)合金襯底的預處理073
5.4改進的熱燈絲CVD工藝074
5.4.1熱燈絲組件的改進074
5.4.2工藝條件074
5.5金剛石的成核與生長075
5.5.1成核階段076
5.5.2同質(zhì)外延生長076
5.5.3異質(zhì)外延生長076
5.5.4偏壓增強型成核(BEN)077
5.5.5溫度的影響077
5.6金剛石在三維襯底上的沉積079
5.6.1在金屬（鉬）絲上金剛石沉積079
5.6.2在WC-Co（硬質(zhì)合金）微型鉆頭上的沉積079
5.6.3在WC-Co牙鉆上的金剛石沉積079

第6章納米機械加工原理、方法與實現(xiàn) / 081
6.1納米機械加工概念及類型081
6.2納米機械加工理論基礎082
6.2.1切削力和切削能量082
6.2.2切削溫度082
6.2.3切屑形成和表面生成083
6.2.4小未變形切屑厚度083
6.2.5臨界切削刃半徑084
6.2.6工件材料特性084
6.3納米機械加工的實現(xiàn)及應用前景085
6.3.1超精密機床085
6.3.2切削刀具087
6.3.3切削參數(shù)變化對加工表面質(zhì)量的影響090
6.3.4實用化納米尺度加工091
6.4超精密的砂帶磨削方式094
6.4.1超精密砂帶磨削方式094
6.4.2超聲波砂帶磨削運動與機理094
6.4.3砂帶磨削的應用095

第7章微納米加工光刻技術 / 096
7.1光學曝光技術097
7.1.1光學曝光方式與原理097
7.1.2光刻膠的特性099
7.1.3正型光刻膠與負型光刻膠100
7.1.4化學放大膠與特殊光刻膠100
7.1.5光學掩膜的設計與制作100
7.2短波長曝光技術101
7.2.1深紫外曝光技術101
7.2.2極紫外曝光技術101
7.2.3X射線的曝光技術102
7.3大數(shù)值孔徑與浸沒式曝光技術102
7.4厚膠曝光技術103
7.4.1酚醛清漆光刻膠103
7.4.2SU-8光刻膠103
7.5LIGA（光刻、電鍍、注塑復制）技術104
7.5.1用于LIGA的X射線光源105
7.5.2X射線LIGA掩膜105
7.5.3用于X射線LIGA的厚膠及其工藝105
7.5.4影響X射線的LIGA圖形精度的因素106
7.6電子束曝光技術107
7.6.1電子束曝光系統(tǒng)107
7.6.2電子束曝光圖形設計與數(shù)據(jù)格式108
7.6.3電子束曝光的鄰近效應及其校正109
7.6.4電子束抗蝕劑及其工藝110
7.6.5電子束曝光的極限分辨率114
7.7聚焦離子束加工技術114
7.7.1聚焦離子束系統(tǒng)115
7.7.2聚焦離子束加工原理116
7.7.3聚焦離子束加工技術應用116
7.7.4聚焦離子束曝光系統(tǒng)118
7.7.5離子束投影曝光技術118
7.7.6聚焦離子束注入系統(tǒng)119
7.8掃描探針加工技術119
7.8.1掃描探針顯微鏡原理120
7.8.2抗蝕劑曝光加工122
7.8.3局部氧化加工123
7.8.4添加式納米加工123
7.8.5抽減式納米加工125
7.8.6高產(chǎn)出率掃描探針加工126
7.9復制技術127
7.9.1熱壓納米壓印技術127
7.9.2室溫納米壓印技術131
7.9.3紫外固化納米壓印技術131
7.9.4納米轉印技術133
7.9.5軟光刻技術134
7.9.6大面積連續(xù)壓印技術135
7.9.7塑料微成型技術136

第8章沉積法圖形轉移技術 / 138
8.1溶脫剝離法138
8.2電鍍法139
8.3嵌入法140
8.4模板法141
8.5噴墨打印法142
8.6掠角沉積法143

第9章刻蝕法圖形轉移技術 / 145
9.1化學濕法腐蝕圖形轉移技術146
9.1.1硅的各向異性腐蝕146
9.1.2硅的金屬輔助化學腐蝕147
9.1.3硅的各向同性腐蝕147
9.1.4二氧化硅(SiO2)的各向同性腐蝕148
9.2干法刻蝕圖形轉移技術148
9.2.1反應離子刻蝕148
9.2.2反應離子刻蝕的工藝參數(shù)150
9.3反應離子深刻蝕151
9.3.1電感耦合等離子體刻蝕系統(tǒng)151
9.3.2Bosch工藝152
9.3.3反應離子深刻蝕中存在的問題152
9.4等離子刻蝕153
9.5離子濺射刻蝕154
9.6反應氣體刻蝕155
9.7其他物理刻蝕技術155

第10章薄膜沉積技術 / 157
10.1物理氣相沉積法158
10.1.1真空蒸發(fā)沉積方法158
10.1.2濺射沉積法160
10.2化學氣相沉積方法163
10.3原子沉積方法164
10.3.1ALD沉積原理164
10.3.2ALD沉積方法的優(yōu)勢165
10.3.3ALD加工納米結構165
10.4納米薄膜表面剝離制備方法165
10.4.1化學和機械剝離方法166
10.4.2各向異性刻蝕剝離方法166
10.4.3外延剝離法166
10.4.4SOI釋放法167
10.5超光滑金屬薄膜的制備167
10.5.1化學修飾法167
10.5.2過渡層誘導法168
10.5.3模板剝離翻轉法168
10.5.4模板壓致形變法168
10.6薄膜沉積技術制備微納結構的方法169
10.6.1常規(guī)加工法169
10.6.2輔助加工法170
10.6.3特殊加工法175

第11章自組裝納米加工技術/ 177
11.1自組裝概念、分類以及特點177
11.1.1自組裝的概念177
11.1.2自組裝的分類與特點177
11.2自組裝過程179
11.2.1分子自組裝179
11.2.2納米粒子自組裝180
11.3可控自組裝180
11.4天然與人工合成納米單體182
11.4.1DNA分子鏈183
11.4.2碳納米管184
11.4.3納米材料印刷技術185
11.5嵌段共聚物185
11.5.1微觀相分離185
11.5.2可控制微觀相分離186
11.5.3嵌段共聚物的應用186
11.6多孔氧化鋁187

第12章微納米加工技術的應用 / 188
12.1超大規(guī)模集成電路技術188
12.2納米電子技術189
12.3微機電系統(tǒng)技術190
12.4微納加工制作傳感器與磁存儲器件194
12.4.1傳感器194
12.4.2磁存儲器件194
12.5生物芯片技術196
12.6納米技術197
12.7碳納米管（CNTs）198
12.7.1碳納米管的結構198
12.7.2碳納米管的表征202
12.7.3碳納米管的制備方法205
12.7.4碳納米管的性能207
12.7.5碳納米管的應用209
12.8手性半導體納米材料及其應用210
12.8.1概述210
12.8.2手性半導體納米材料的潛在應用211

參考文獻 / 214