納米加工技術

國防戰略發展的需要和納米級精度產品高利潤市場的吸引，促使了納米加工技術產生並迅速發展。納米加工技術的發展也促進了機械、電子、半導體、光學、傳感器和測量技術以及材料科學的發展。

美國在開發納米加工技術方面，起着先導作用。由於電子技術、計算機技術、航空航天技術和激光技術等尖端技術發展的需要，美國於1962年研製出金剛石刀具超精細切削機牀，解決了激光核聚變反射鏡及天體望遠鏡等光學零件和計算機磁盤等精密零件的加工，打下了納米加工技術的基礎，隨後，西歐和日本納米加工技術發展較快。

納米加工技術是一門新興的綜合性加工技術。它集成了現代機械學、光學、電子、計算機、測量及材料等先進技術成就，使得加工的精度從20世紀60年代初的微米級提高到目前的10nm級，在短短几十年內使產品的加工精度提高了1～2個數量級，極大的改善了產品的性能和可靠性。

目前，納米加工技術已成為國家科學技術發展水平的重要標誌。隨着各種新型功能陶瓷材料的不斷研製成功，以及用這些材料作為關鍵元件的各類裝置的高性能化，要求功能陶瓷元件的加工精度達到納米級甚至更高，這些都有力地促進了納米加工技術的進步。近年來，納米技術的出現促使納米加工向其極限加工精度—原子級加工進行挑戰。

按加工方式，納米級加工可分為切削加工、磨料加工（分固結磨料和遊離磨料）、特種加工和複合加工四類（表4-2）。納米級加工還可分為傳統加工、非傳統加工和複合加工。傳統加工是指刀具切削加工、固有磨料和遊離磨料加工；非傳統加工是指利用各種能量對材料進行加工和處理；複合加工是採用多種加工方法的複合作用。納米級加工技術也可以分為機械加工、化學腐蝕、能量束加工、複合加工、隧道掃描顯微技術加工等多種方法。機械加工方法有單晶金剛石刀具的超精密切削，金剛石砂輪和CBN砂輪的超精密磨削和鏡面磨削、磨、砂帶拋光等固定磨料工具的加工，研磨、拋光等自由磨料的加工等，能束加工可以對被加工對象進行去除，添加和表面改性等工藝，例如，用激光進行切割、鑽孔和表面硬化改性處理。用電子束進行光刻、焊接、微米級和納米級鑽孔、切削加工，離子和等離子體刻蝕等。屬於能量束的加工方法還包括電火花加工、電化學加工、電解射流加工、分子束外延等。STM加工是最新技術，可以進行原子級操作和原子去除、增添和搬遷等。

在量子電子器件的研究方面，我國科學家研究了室温單電子隧穿效應，單原子單電子隧道結，超高真空STM，室温庫侖阻塞效應和高性能光電探測器以及原子夾層型超微量子器件。清華大學已研製出100nm（0.1µm）級MOS器件，研製出一系列硅微集成傳感器、硅微麥克風、硅微馬達、集成微型泵等器件，以及基於微納米三維加工的新技術與新方法的微系統。中國科學院半導體所研製了量子阱紅外探測器（13～15mm）和半導體量子點激光器（0.7～2.0mm）。中科院物理所已經研製出可在室温下工作的單電子原型器件。西安交通大學製作了碳納米管場致發射顯示器樣機，已連續工作了 3800小時。

在有機超高密度信息存儲器件的基礎研究方面，中國科學院北京真空物理實驗室、中國科學院化學所和北京大學等單位的研究人員，在有機單體薄膜NBPDA上作出點陣，1997年，點徑為1.3nm，1998年，點徑為0.7nm，2000年，點徑為0.6nm，信息點直徑較國外報道的研究結果小近一個數量級，是現已實用化的光盤信息存儲密度的近百萬倍。北京大學採用雙組分複合材料TEA/TCNQ作為超高密度信息存貯器件材料，得到信息點為8nm的大面積信息點陣3mm×3mm。復旦大學成功製備了高速高密度存貯器用雙穩態薄膜，並已經初步選擇合成出幾種具有自主知識產權的有機單分子材料作為有機納米集成電路的基礎材料。

化學合成方法是製備納米尺度電子學器件的另一種途徑——用化學過程“自下而上”地把微觀體系的物質單元組裝成納米器件。由於用納米探針進行機械合成很難同時組裝數目巨大的納米結構和器件，所以研究化學合成方法非常重要。

聚焦離子束(FIB)技術是在電場和磁場的作用下，將離子束聚焦到亞微米甚至納米量級，通過偏轉系統及加速系統控制離子束，實現微細圖形的檢測分析和納米結構的無掩模加工。

準分子激光(excimer laser)以其高分辨率、光子能量大、冷加工、“直寫”特點、無環境污染以及對加工材料廣泛的適應性，使其成為一種重要的MEMs和納米加工技術。

於20世紀90年代中葉誕生的納米壓印(naIloimprim limography，NIL)技術，最近被國外稱為“將改變世界的十大新興技術”之一。NIL技術的概念可説是源自於我們日常生活中蓋印章的行為，此動作可將原來在印章上的圖形壓印到另外一件物體表面上。