Ling Xia, et al, pp.118-121, IEEE MEMS’06
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Transforming 2D patterns into 3D structures
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A direct-write scanning probe-based lithographic technique that uses an AFM tip

coated with molecule “ink” and brought into “contact” with a substrate surface
The AFM tip coated with “ink” molecules is brought into close proximity with a substrate to be patterned in a humid atmosphere. Ambient humidity causes a tiny meniscus water droplet to be formed in the gap which serves as a conduit for the molecules transfer to the surface. The capillary forces leave the molecules on the surface, so the tip can be used to create patterns of self-assembled monolayers.
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AFM针尖表面附着一层硫醇 针尖和金表面凝结一滴水 表面张力使针尖和表面距离固定 硫醇通过“水桥”，被书写成纳米尺度 的线条 可选择多种有机分子作为书写的“墨水”

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Dip-pen nanolithography technique is a versatile tool for nanoscience.
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“蘸-写” Dip-pen Nanolithography

Invented by Mirkin, 1999 A modern nanolithographic technique combining the atomic force microscope (AFM) with old fashioned ink pen writing
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原理类似于用毛笔蘸墨、书写
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In the same way that an old fashioned dip pen picks up ink from an ink well and is then used to write on paper, molecules are picked up from a reservoir on the end of the AFM tip and deposited to the surface of the substrate via a solvent or water.
to build nanopatterns of different size, shape and registry on the substrate material rather than etching it away
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Schematic representation of the DPN process.
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跨尺度微纳米结构的Top-down加工技术

Advanced lithography

“野路子”

极紫外（EUV）光刻 电子束（e-beam）直写式曝光 纳米压印（Nano-imprint）类 Dip-pen nanolithography 聚焦离子束（FIB） Anisotropic etching 侧墙工艺（Spacer technology） 应力膜应变成型 介入式纳米加工
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Electron Beam Lithography
Advantages • Very accurate control of pattern with direct writing (No mask needed) • Highly automated • 5nm resolution possible Disadvantages • Very low throughput ������������ (Less than 10 wafers per hour) • Expensive (Hardware cost 6-10 Million)
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Extreme UV Lithography
Advantages • Extreme UV is 10-14nm wavelength source • Resolution approaching 30nm • High Throughput Disadvantages • Mask fabrication is difficult • Reflective optics can be expensive - CaF instead of SiO2 optics • Cost of EUV startup ~50-60 million - Masks can cost up $88K

对材料选择灵活 但不适于IC芯片的生产

IC芯片都由多层结构构成，层与层之间需要精确对准 采用有机印模的软光刻，对准时容易产生误差 有一些解决方案，如制造刚度大的印模，但有待进一步研究
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铸模
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印刷

在PDMS印模上涂一层 硫醇(thiol) 印在涂有一层金的玻璃 衬底上 硫醇与金作用形成自组 装的单层薄膜 印模接触金涂层时会往 外扩散一点，控制得好 图形尺寸能达到50nm



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J. Liao et al.; V. Santhanam and R.P. Anders, Nano Letters, 2004
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浇铸

利用毛细作用 液态聚合体流入印模的 凹槽 固化聚合体 能复制尺寸小于10nm的 结构 适合做亚波长光器件， 如光波导、起偏器等。 在纳米流体力学方面也 可有应用
微纳加工技术新进展
吴文刚 北京大学微电子学研究院
2010年9月
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Think smaller
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MEMS领域 微纳加工技术发展的重要特点

Nano on MEMS → NEMS MEMS/CMOS → on-chip MEMS/MEMS ← bonding
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• High throughput capabilities
• Low cost for a next-generation technology (No need for small λ laser sources and optics) • High cost in master mold, but all other molds can be made from this master • Other needs: Heater, Press, ~5-10K
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64×2 nano-period transmission gratings (Ling Xia, et al, APCOT2006)
光子晶体
GaN-DBR
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光纤上的DBR
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FIB Stress-Introducing Technique (FIB-SIT)
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Manipulate the protein molecules dotted along the DNA line (~2 nm), using DPN
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