科學技術不斷發(fā)展的時代，功能結構的微納米化不僅可以帶來能源與原材料的節(jié)省，同時可以實現(xiàn)多功能的高度集成和生產成本的大大降低。微納米加工技術主要分為直接加工技術和圖形轉移技術。直接加工技術有激光加工，聚焦離子束(FIB)刻蝕，Local Anodic Oxidation局部陽氧化(基于AFM)，Dip Pen NanoLithography浸蘸筆納米加工刻蝕等； 圖形轉移技術主要分為三個部分：薄膜沉積，圖形成像（必不可少），圖形轉移。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(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行逐點掃描成像技術，具有精度高，部分實現(xiàn)直寫，3D加工等，代表技術有：熱式掃描探針技術（NanoFrazor）；(3) 模型圖形化工藝是利用微納米尺寸的模具復制出相應的微納米結構，典型工藝是納米壓印技術(NIL)，還包括模壓和模鑄技術。
雖然目前微納加工技術眾多，但能夠實現(xiàn)納米(100nm以下)分辨率的結構加工僅有： 聚焦離子束刻蝕(FIB)，納米壓印技術(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現(xiàn)去除基體材料的目的，可實現(xiàn)3D納米結構直寫，適用材料廣泛，但加工精度不高；納米壓印NIL采用具有納米微結構的模板將其上的圖形轉移到其他材質上，效率高，但模板本身需要其他工藝制備，一般采用EBL，模板價格昂貴，無法修改圖形，適用于大批量生產；電子束曝光利用聚焦電子束將膠體改性，經過顯影高可實現(xiàn)10 nm精度的加工，是傳統(tǒng)高精度加工的典范，但其價格昂貴，操作繁雜，臨近效應使得兩個結構無法貼近。
瑞士Swisslitho公司的 3D納米結構高速直寫機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及新型的直寫膠技術，創(chuàng)新地將基于熱探針的納米結構刻 寫和基于冷探針形貌讀取相結合，實現(xiàn)高精度3D 納米結構的直寫和實時的形貌探測功能。該技術創(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，成為納米加工領域的新技術。
NanoFrazor技術特點：
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背熱式掃描探針： Swisslitho采用特殊工藝，以Si材料制備背熱式直寫探針，其探針針尖直徑小于5nm(圖1)。通過改變針尖背部區(qū)域的摻雜量，實現(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1000℃，針尖溫度可300-600℃。探針側臂設計有熱傳感器用于形貌探測，形貌探測精度高達0.1 nm。 |
性能的直寫膠PPA： IBM蘇黎世實驗室開發(fā)的用于納米加工的PPA直寫膠(resist), 其特點在于當溫度高于150℃，PPA會受熱瞬間分解為有機分子單體，隨著保護氣排出。當加熱的探針靠近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，可以實現(xiàn)3D納米結構的加工。 |
NanoFrazor書寫的納米結構欣賞：
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3D高速直寫的結構和吉尼斯紀錄 |
制備在PPA膠和Si基底上的周期性結構 |
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NanoFrazor無臨近效應，非常容易制備臨近的納米結構，如蝴蝶結天線和周期性結構 |
NanoFrazor可實現(xiàn)納米線，二維材料涂膠后無標記物的定位和形貌觀察，并實施特定方向設計 |
實現(xiàn)功能結構微納米化的基礎是先進的微納米加工技術，微納米加工中的更多技術細節(jié)的改善和優(yōu)化是科研領域及儀器設備廠商不斷追求的技術方向，NanoFrazor也在不斷嘗試更、更便捷，成為性價比更高的、更具實力的3D直寫設備。
關于Quantum Design
Quantum Design是先進的科研設備制造商和儀器分銷商，于1982年創(chuàng)建于美國加州圣迭戈。公司生產的 SQUID 磁學測量系統(tǒng) (MPMS) 和材料綜合物理性質測量系統(tǒng) (PPMS) 已經成為公認的測量平臺，廣泛的分布于上幾乎所有材料、物理、化學、納米等研究領域的實驗室。2007年，Quantum Design并購了歐洲大的儀器分銷商LOT公司，現(xiàn)已成為著名的科學儀器領域的跨國公司。目前公司擁有分布于英國、美國、法國、德國、巴西、印度，日本和中國等地區(qū)的數(shù)十個分公司和辦事處，業(yè)務遍及全球一百多個和地區(qū)。中國地區(qū)是Quantum Design公司活躍的市場，公司在北京、上海和廣州設有分公司或辦事處。幾十年來，公司與中國的科研和教育領域的合作卓有成效，為中國科研的進步提供了先進的設備以及高質量的服務
