超光滑表面加工是现代微电子、光学和航空宇航等领域中的关键共性问题,技术难点在于加工后的材料的表面粗糙度(Ra)须小于1nm,同时要求其表层及亚表层无损伤。本申请拟利用约束刻蚀剂层(CELT)的基本原理,发展可满足上述要求的超光滑表面加工新方法,即在超光滑的线形工具表面,由溶液中的约束剂将电化学产生的化学刻蚀剂液层压缩至纳米尺度,当刻蚀剂液层与被加工的材料表面接触后即发生化学反应,通过相对移动线形工具和被加工表面,实现大尺度、无机械接触的化学刻蚀/抛光加工。研究内容包括(1)采用扫描电化学显微镜(SECM)方法,探寻适合于不同材质的高效化学刻蚀/抛光的CELT体系;(2)设计线形工具(电极)和超精密旋转加工装置,建立超光滑表面加工原型系统;(3)通过理论模拟与实验相结合,探明在纳米尺度超薄液层内的对流、扩散传质特性以及物料平衡。旨在建立一种简单易行的具有普适性的超光滑表面加工新方法。
Confined etching layer tech.;electrochemical machining;Photochemical machining;micro & nano fabrication;machining instrument
项目实施三年,顺利完成原定计划,具体表现在如下几个方面(1) 研发了电化学微纳加工综合仪器平台;(2) 研究了约束刻蚀体系的化学化工原理;(3) 提出了电化学机械加工方法,实现了表面抛光;此外,还新开展了以下探索(4) 提出了光化学表面抛光新原理和新方法;(5) 提出了“机械运动与化学去除耦合效应”新课题;项目实施以来,共发表研究论文7篇,申请国际专利3项,中国发明专利5项,做国际国内会议学术报告10次,其中国际邀请报告6次,国内邀请报告1次。项目的完成为今后的工作提供了电化学微纳加工仪器保障、拓宽了研究思路、提出了新的研究课题。在本课题仪器研发的基础之上,课题组获得了基金委“科研仪器专款项目”(Grant No. 21327002)的资助。