在現(xiàn)代科技的飛速發(fā)展中，微納加工技術(shù)扮演著越來越重要的角色。它涉及到在微米甚至納米尺度上對(duì)材料進(jìn)行加工的技術(shù)，廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體、生物醫(yī)學(xué)、光學(xué)器件等領(lǐng)域。本文將深入探討微納加工技術(shù)的定義、發(fā)展歷程、關(guān)鍵應(yīng)用以及未來趨勢(shì)，為讀者提供一個(gè)全面的視角。
微納加工技術(shù)是衡量國家高端制造業(yè)水平的標(biāo)志之一，區(qū)別于傳統(tǒng)機(jī)械加工毫米級(jí)的尺寸量級(jí)，微納加工是制造微米和納米尺寸量級(jí)微小結(jié)構(gòu)的加工技術(shù)，尺寸范圍在200微米以下到納米甚至亞納米級(jí)別。這一加工技術(shù)起源于微電子，人們常提到的5納米芯片、3納米芯片就是運(yùn)用平面微納加工工藝制成。光刻、刻蝕、沉積是芯片制造中的三大關(guān)鍵工序，也是微納加工涉及到的三大加工工
藝。但眼下我國這三大技術(shù)都面臨關(guān)鍵設(shè)備被卡脖子、技術(shù)封鎖自研困難局面。與此同時(shí)，柔性可穿戴設(shè)備等柔性微機(jī)電系統(tǒng)的需求日益增長，對(duì)傳統(tǒng)微納加工技術(shù)提出新的挑戰(zhàn)，傳統(tǒng)微納技術(shù)針對(duì)的是硅基硬質(zhì)材料的制造。材料屬性不同，器件的加工原理和方法自然就要變革。
柔性微納制造技術(shù)成為當(dāng)下國家極端制造重大戰(zhàn)略需求的關(guān)鍵技術(shù)，未來信息芯片、新型裝備、光電器件均有賴于該源頭性基礎(chǔ)技術(shù)。
柔性微納加工技術(shù)的新方向
國際上，柔性微納制造技術(shù)主要包括納米壓印技術(shù)和3D、4D打印技術(shù)。上世紀(jì)90年代提出的納米壓印技術(shù)利用光刻膠輔助將模板上的微納結(jié)構(gòu)通過刻蝕傳遞工藝轉(zhuǎn)移到待加工材料上?！霸裙杵呛撩准?jí)的，通過刻蝕等各種方法把尺度減到微米甚至納米級(jí)。”胡開明表示，這種減材制造將材料逐步減小，達(dá)到目標(biāo)尺度。而3D打印和4D打印是一種增材制造技術(shù)，“原來的材料是原子級(jí)、分子級(jí)的，一點(diǎn)點(diǎn)累積疊加材料，生成目標(biāo)物體?！?/p>
“納米壓印技術(shù)國內(nèi)做了很多年，但仍處于跟隨狀態(tài)，3D打印和4D打印是國外首創(chuàng)，如果跟隨已有柔性微納制造技術(shù)，對(duì)我們年輕人來說，創(chuàng)新性不足。”力學(xué)出身的胡開明前期利用光刻、刻蝕等傳統(tǒng)微納加工技術(shù)制造器件時(shí)發(fā)現(xiàn)，光可以控制表面失穩(wěn)，摸索一陣后又發(fā)現(xiàn)這可以制成微納結(jié)構(gòu)，于是他大膽提出了一種既非減材制造也非增材制造的新型柔性微納加工技術(shù)，也就是表面失穩(wěn)引導(dǎo)的力學(xué)自組裝技術(shù)。
表面失穩(wěn)結(jié)構(gòu)控形控性的研究不僅為我國突破光刻技術(shù)封鎖提供新的技術(shù)路線，還可以提高光通信加密的安全等級(jí)。胡開明介紹說，“我們基于表面失穩(wěn)做了一些微納結(jié)構(gòu)，光在微納結(jié)構(gòu)里會(huì)發(fā)生反射、折射和衍射，人為控制光的反射、折射和衍射可以改變光的傳播方向、強(qiáng)度、波長?！蹦壳八蛨F(tuán)隊(duì)正基于表面失穩(wěn)引導(dǎo)的力學(xué)自組裝技術(shù)探索開發(fā)柔性光柵，實(shí)現(xiàn)光操縱，未來可用于光編碼加密技術(shù)、光操縱等信息安全領(lǐng)域，“相對(duì)于靜態(tài)光柵，近紅外調(diào)控的動(dòng)態(tài)衍射光柵具有動(dòng)態(tài)原位調(diào)節(jié)和切換等優(yōu)勢(shì)，可顯著提高光通信加密的安全等級(jí)。”
總結(jié)
微納加工技術(shù)是現(xiàn)代科技發(fā)展的重要支柱，它不僅推動(dòng)了半導(dǎo)體、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的進(jìn)步，也為新能源、光學(xué)器件等新興領(lǐng)域的發(fā)展提供了技術(shù)支持。面對(duì)精度與成本的平衡、材料兼容性、環(huán)境影響等挑戰(zhàn)，微納加工技術(shù)需要不斷創(chuàng)新，以適應(yīng)未來科技的發(fā)展需求。隨著3D打印、納米壓印技術(shù)、智能材料等新技術(shù)的涌現(xiàn)，微納加工技術(shù)的未來充滿了無限可能。
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