纳米加工技术

1、1. 1. 纳米加工技术纳米加工技术 纳米（纳米（NanometerNanometer）, ,是一个长度单位，简写为是一个长度单位，简写为nmnm。1nm=10-3m=10-9m1nm=10-3m=10-9m。纳米技术纳米技术是是2020世纪世纪8080年代末期诞生并在蓬勃年代末期诞生并在蓬勃发展的一种高新科学技术。纳米不仅是一个空间尺度上的概念，发展的一种高新科学技术。纳米不仅是一个空间尺度上的概念，而且是一种新的思维方式，即生产过程越来越细，以至于在纳米而且是一种新的思维方式，即生产过程越来越细，以至于在纳米尺度上直接由原子、分子的排布制造的具有特定功能的产品。尺度上直接由原子、分子的排布

2、制造的具有特定功能的产品。2. 2.纳米技术的含义纳米技术的含义 纳米技术是指纳米级（纳米技术是指纳米级（0.1100nm）的材料、设计、制造、）的材料、设计、制造、测量、控制和产品的技术。它将加工和测量精度从微米级提高到测量、控制和产品的技术。它将加工和测量精度从微米级提高到纳米级。纳米级。3.纳米技术的主要内容纳米技术的主要内容 纳米技术是一门多学科交叉的高新技术，从基础研究角度来看，纳米技术是一门多学科交叉的高新技术，从基础研究角度来看，纳米技术包括：纳米生物学、纳米电子学、纳米化学、纳米材料纳米技术包括：纳米生物学、纳米电子学、纳米化学、纳米材料和纳米机械学等新学科。和纳米机械学等新学

3、科。一纳米加工技术一纳米加工技术 3.2.5 3.2.5 纳米加工技术纳米加工技术4.纳米级加工纳米级加工纳米级加工是指：纳米级加工是指：加工精度高于加工精度高于10-3m，表面粗糙度表面粗糙度Ra小于小于0.005m，达到纳米级精度。包括纳米级尺寸精度、纳米级几何形状精度和达到纳米级精度。包括纳米级尺寸精度、纳米级几何形状精度和纳米级表面质量。纳米级表面质量。纳米级加工方法包括：纳米级加工方法包括：机械加工、化学腐蚀、能量束加工、复合机械加工、化学腐蚀、能量束加工、复合加工、扫描隧道显微加工等。加工、扫描隧道显微加工等。纳米级机械加工方法包括：纳米级机械加工方法包括：单晶金刚石刀具的超精密磨

4、削；金刚单晶金刚石刀具的超精密磨削；金刚石砂轮和立方氮化硼砂轮的超精密磨削及镜面磨削；衍磨和砂带石砂轮和立方氮化硼砂轮的超精密磨削及镜面磨削；衍磨和砂带抛光等固定磨料工具的加工；衍磨、抛光等自由磨料的加工等。抛光等固定磨料工具的加工；衍磨、抛光等自由磨料的加工等。 纳米标准纳米标准纳米生物纳米生物与纳米医学与纳米医学纳米器纳米器件研究件研究纳米技纳米技术应用术应用纳米检测纳米检测与表征与表征纳米材纳米材料研究料研究纳米安全性纳米安全性研究研究纳米仿生学纳米仿生学纳米技术纳米技术与纳米加工与纳米加工纳米科技的相关研究领域纳米科技的相关研究领域主要研究内容：主要研究内容：（1）开展结构与智能协同效

5、应及规律研）开展结构与智能协同效应及规律研究，开发具有特定性能的纳米结构和纳米究，开发具有特定性能的纳米结构和纳米材料；材料；（2）开展仿生智能材料特异物性机理与）开展仿生智能材料特异物性机理与相关制备技术研究，开发新型生物医学工相关制备技术研究，开发新型生物医学工程材料；程材料；（3）利用纳米加工与组装技术，开展用）利用纳米加工与组装技术，开展用于生命科学的新探测方法及器件研究；于生命科学的新探测方法及器件研究；（4）开展纳电子学研究，开发与高分辨）开展纳电子学研究，开发与高分辨成像和生物传感等方面相关的纳米器件与成像和生物传感等方面相关的纳米器件与系统。系统。 纳米器件及其相关材料纳米器件

6、及其相关材料主要研究内容：主要研究内容：（1 1）开展相关纳米结构与纳米材料的生）开展相关纳米结构与纳米材料的生物医学效应及在外场中的响应研究，探物医学效应及在外场中的响应研究，探索新的物理、化学和生物学现象；索新的物理、化学和生物学现象；（2 2）开展亚细胞水平追踪单分子或功能）开展亚细胞水平追踪单分子或功能复合体构象变化研究；复合体构象变化研究；（3 3）发展生物医学器件与微电子、光电）发展生物医学器件与微电子、光电子技术兼容的界面技术；子技术兼容的界面技术；（4 4）开发用于疾病早期诊断治疗的纳米）开发用于疾病早期诊断治疗的纳米药物载体及新剂型、微型智能化医疗器药物载体及新剂型、微型智能

7、化医疗器械等。械等。 纳米生物技术与纳米医学纳米生物技术与纳米医学主要研究内容：主要研究内容：（1 1）开展仿生关联存储系统研究，开发）开展仿生关联存储系统研究，开发新型高密度存储器与基于仿生原理的关联新型高密度存储器与基于仿生原理的关联读写技术；读写技术；（2 2）开展能够辨别或能够自主学习辨别）开展能够辨别或能够自主学习辨别图形、文字、声音等信息的自组织机；图形、文字、声音等信息的自组织机；（3 3）开展基于新型纳米器件的人造神经）开展基于新型纳米器件的人造神经纤维、人造神经元、人工记忆神经元等研纤维、人造神经元、人工记忆神经元等研究，组成仿生神经网络；究，组成仿生神经网络；（4 4）开展

8、仿生计算机研究，开发可能突）开展仿生计算机研究，开发可能突破硅基集成电路极限的新型纳电子器件及破硅基集成电路极限的新型纳电子器件及仿生电路逻辑系统。仿生电路逻辑系统。纳米仿生技术纳米仿生技术 纳米生物安全纳米生物安全主要研究内容：主要研究内容：（1 1）利用纳米技术，发展对化学）利用纳米技术，发展对化学成分、细菌或病毒、辐射剂量及成分、细菌或病毒、辐射剂量及爆炸物进行精确快速探测的技术爆炸物进行精确快速探测的技术与方法，开发超微量化学试剂与与方法，开发超微量化学试剂与生物试剂探测与防护技术；生物试剂探测与防护技术；（2 2）开展纳米技术自身安全性研）开展纳米技术自身安全性研究，重点是纳米材料与

9、技术对环究，重点是纳米材料与技术对环境、健康及安全的影响，纳米材境、健康及安全的影响，纳米材料，纳米器件加工与系统集成过料，纳米器件加工与系统集成过程中的安全性及生物学效应等。程中的安全性及生物学效应等。纳米科学技术纳米科学技术观察和研究固体表面的微观结构观察和研究固体表面的微观结构123456退出返回2 纳米科学技术纳米科学技术观察观察DNA分子分子揭示生命的奥秘揭示生命的奥秘123456退出返回2 纳米科学技术纳米科学技术观察观察DNA分子分子揭示生命的奥秘揭示生命的奥秘123456退出返回2 纳米科学技术纳米科学技术改造微观世界的手段改造微观世界的手段 操纵原子不是梦操纵原子不是梦123

10、456退出返回2 纳米科学技术纳米科学技术“IBM ”最小的商标最小的商标28个二氧化碳分子个二氧化碳分子排成的排成的纳米小人纳米小人123456退出返回 纳米科学技术纳米科学技术构造超微结构构造超微结构量子围栏图量子围栏图2 纳米科学技术纳米科学技术进行纳米级微加工进行纳米级微加工表面刻蚀表面刻蚀123456退出返回2 纳米科学技术纳米科学技术进行纳米级微加工进行纳米级微加工表面刻蚀表面刻蚀123456退出返回2 纳米科学技术纳米科学技术进行纳米级微加工进行纳米级微加工表面刻蚀表面刻蚀600nm石墨表面上刻蚀石墨表面上刻蚀123456退出返回砷化镓砷化镓GaAsGaAs表面的真空表面的真空S

11、TMSTM图像图像硅表面硅表面7 77 7重构图重构图Na过饱和吸附于GaAs表面的真空STM图像石墨表面碳原子的规则排列石墨表面碳原子的规则排列吸附在铂晶体表面的碘原子吸附在铂晶体表面的碘原子二、研究内容二、研究内容 生物科学技术、信息科学技术、纳米科学生物科学技术、信息科学技术、纳米科学 技术是本世纪内科学技术发展的主流。技术是本世纪内科学技术发展的主流。 、纳米材料：创造和制备优异性能的纳、纳米材料：创造和制备优异性能的纳 米材料米材料是纳米科技最为重要的研究领域。可以说是纳米科技最为重要的研究领域。可以说，谁掌握了纳米材料，谁就掌握了，谁掌握了纳米材料，谁就掌握了21世纪纳世纪纳米科技

12、发展的主动权。米科技发展的主动权。 、纳米器件：设计、制备各种纳米器件、纳米器件：设计、制备各种纳米器件和装置和装置纳米孔纳米孔DNA测控仪测控仪不同尺度的不同尺度的CuTCNQCuTCNQ有机单晶纳米材料与三维纳有机单晶纳米材料与三维纳米结构米结构CuPc单晶纳米带与纳米晶体管用于新一代34纳米NAND器件生产的300毫米晶圆，可切割出400个左右的32Gb芯片三三 纳米技术与应用纳米技术与应用 纳米技术在世界各国纳米技术在世界各国纳米纳米技术与经济技术与经济纳米技术与当代中国纳米技术与当代中国本研究小组的工作与展望本研究小组的工作与展望2.1 2.1 国外纳米技术进展国外纳米技术进展199

13、0年，IBM公司用原子排出“IBM”1991年，NEC实验室观察到碳纳米管合成了其它纳米管材料2.1 2.1 国外纳米技术进展国外纳米技术进展实心的纳米棒、纳米线、量子线2.1 2.1 国外纳米技术进展国外纳米技术进展朗讯公司和牛津大学: 纳米镊子碳纳米管“秤”，称量一个病毒的重量称量单个原子重量的“纳米秤”2.1 2.1 国外纳米技术进展国外纳米技术进展DNA开关2.2 2.2 纳米技术在美国纳米技术在美国2010年: 80万纳米科技人才,GDP1万亿美元, 200万个就业机会能源部的8项优先研究中，6项有关纳米材料本世纪前10年几个关键领域之一制定了“国家纳米技术倡议”(NNI):l纳米材

14、料l纳米电子学、光电子学和磁学l纳米医学和生物学 2.2 2.2 纳米技术在美国纳米技术在美国军工: 隐形飞机表面涂料、舰船表面纳米涂料美国总统布什2003.12.3日签署了21世纪纳米技术研究开发法案，批准联邦政府在从2005财政年度开始的4年中共投入约37亿美元，用于促进纳米技术的研究开发2.3 2.3 纳米技术在日本纳米技术在日本国会国会: 21世纪前世纪前20年的立国之本年的立国之本著名大企业著名大企业: 纳米实用化技术的计划纳米实用化技术的计划l三菱化工建立了三菱化工建立了(富勒烯富勒烯)纳米碳管生产纳米碳管生产线线l自洁净玻璃、光催化净化水或空气自洁净玻璃、光催化净化水或空气2.4

15、 2.4 纳米技术在其它国家纳米技术在其它国家韩国韩国：全国纳米技术研究院、纳米显示技：全国纳米技术研究院、纳米显示技术术印度印度：像抓软件产业那样抓纳米科技：像抓软件产业那样抓纳米科技德国德国：把发展纳米技术定位在新能源、新：把发展纳米技术定位在新能源、新环境，全面带动纳米技术在各个领域的发环境，全面带动纳米技术在各个领域的发展展法国法国：国家纳米科技中心、纳米产业基金：国家纳米科技中心、纳米产业基金世界世界都在迎接纳米时代的到来都在迎接纳米时代的到来2.5 2.5 纳米技术在中国纳米技术在中国1993年，年，中科院中科院操纵原子写字操纵原子写字2.5 2.5 中国纳米技术进展中国纳米技术进展中科院物理所中科院物理所制备出大面积碳纳米管阵制备出大面积碳纳米管阵列列; ;合成了当时最长的纤维级碳纳米管合成了当时最长的纤维级碳纳米管中国科技大学中国科技大学: :氮化镓粉体氮化镓粉体清华大学清华大学: :氮化镓纳米棒氮化镓纳米棒中国科技大学中国科技大学: :从四氯化碳制备出金刚石从四氯化碳制备出金刚石纳米粉，被誉为纳米粉，被誉为“稻草变黄金稻草变黄金”2.5 2.5 中国纳米技术应用中国纳米技术应用中科院化冶所中科院化