[00121302]多元材料跨尺度微纳加工与设计方法

针对微加工技术朝着微/纳尺度集成制造和多元材料复合制造方向发展的迫切需求,申请人遵循跨微纳尺度、多元材料复合、与常规微加工工艺兼容的技术路线,紧紧抓住有特殊应用价值的三维微/纳结构、多元材料复合结构等的加工制造问题,坚持并善于创新运用先进纳米加工手段和常规微加工工艺,以硅微加工工艺为基础,拓展开发了不同功能材料（如金属、聚合物等）的微纳加工工艺,建立了跨尺度微纳加工的设计方法,做出了富有特色、比较系统、有应用意义的创新成果。 主要包括： 1.提出了聚焦离子束（FIB）应力引入及类流体物质迁移微/纳加工技术,实现了多种材料的复杂三维微/纳结构的原位成型,以及自然表面、自然过渡微/纳结构的并行加工,成功制作出在片微型高频螺旋天线、螺线管电感等无源元件; 2.提出了基于氧等离子体轰击聚合物引入纳米材料的纳米森林加工技术,实现了微米尺度图形化的多种形态纳米森林结构的并行、批量加工; 3.提出了基于可控腐蚀、新型侧墙工艺和衍射曝光工艺等的多样化纳米结构加工技术,制备出了多样化纳米结构以及基于微米/纳米复合结构的纳机电器件; 4.提出了纳米颗粒介入式微纳加工方法,通过图形化自组装辅助微加工技术,制备出大规模周期性三维花瓣阵列结构,为简便、重复、批量制造高增强因子SERS 活性基底开辟了新道路,并提出了“纳流体晶体”的新型纳流体研究思路,实现了简单、快速、低成本、表面易于修饰的纳流体器件制备方法,开发出二极管、生物传感器、能量采集器等多种纳流体器件; 5.基于优化DRIE（Deep Reactive Ion Etching）工艺提出了“以微米为骨架结构,以纳米为功能结构”的跨尺度微纳集成制造技术,实现了多种材料的三维微纳复合结构加工工艺与设备,研制出高性能的倍频高输出纳米发电机,并成功用于驱动视网膜神经假体针尖阵列等器件; 6.实现了钛、钼、钨的深刻蚀,开创了金属MEMS的新研究方向,实现了金属材料圆片级深刻蚀工艺研究,提出了一种微小零件新型加工方法,将国际最高刻蚀深度从50μm提高到200μm,得到了应力低、一致性好的钛微小零件,国际上首次实现横向驱动金属钛继电器和谐振器,并在纯钛表面制作微纳米拓扑结构,模拟细胞外基质,细胞的粘附速度增加了2倍,可改善口腔种植体质量; 7.开发了成套Parylene C/硅复合微加工工艺,开发了深槽内Parylene填充、基于Parylene的SCREAM工艺以及大面积Parylene悬浮膜等基于Parylene的关键应用技术,并应用于基于悬臂梁等MEMS结构的生物学研究,开发出面向微流控芯片应用的表面Parylene C填充PDMS制备工艺,实现了低小分子渗透、低蛋白粘附的微流控芯片制备方法; 8.针对微纳制造中最为核心的深刻蚀工艺DRIE,建立了物理模型并将之数值化,开发了其二维和三维可视化仿真工具RECIPE。 研究成果共获得28项授权中国发明专利,并有20项专利申请已获申请号,研究成果发表高水平研究论文50余篇。研究成果之一,发明专利《利用无掩膜深反应离子刻蚀（DRIE）工艺制备黑硅的方法》（发明专利号：ZL200910241981.8）于2011年获得授权,2012年江苏金来顺光电高科技公司以50万元的价格获得了该专利的3年使用授权,开始其应用于太阳能和LED领域的研发;所开发的DRIE软件与Intellisuite公司进行产业化合作,作为RECIPE模块集成到Intellisuite8.0中,目前拥有包括康奈尔大学、丰田公司等国际知名院校和企业的100多个用户。