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项目介绍:面向微纳3D形貌的紫外光刻直写技术与设备

1、项目背景
       随着下一代信息产业的快速发展,对光电子器件与先进材料的超薄化、轻量化和先进功能提出迫切需求。

       超薄化、轻量化意味着微纳结构的运用。然而,大面积3D微纳结构的设计与制造面临巨大挑战。首先,大面积3D微纳结构涉及海量数据处理与设计。例如,一个超薄导光器件上的微透镜有数千万个以上;一件口径10mm以上的超透镜,含有数十亿到数百亿个数据单元;一幅大尺寸透明电路传感器涉及数十Tb以上的数据量;大口径薄膜成像透镜涉及精确3D形貌,数据量会数量级增大;第二,将设计数据转换成微纳结构的途径与效率。如何将这么庞大数据直接转换成微纳3D结构?不仅需要高速率海量数据并行处理、压缩、传输与转化技术,还需转换系统的高精度、可调性与可靠性;第三,先进工艺技术保障。大面积衬底伴随着不平整度远大于光刻系统的焦深,因此,必须解决衬底不平整性对微结构分辨率和保真度的影响,解决与成像焦深的矛盾,才能实现高保真3D微结构的高效率制备。

       从未来应用端出发,用于空间观测的大口径薄膜透镜需要3D形貌的微结构制备,用于激光雷达速率提升的结构光器件,需要不同台阶的微结构制备,MEMS传感器需要深图形3D结构的多重对准制备;可穿戴电子、透明电极、柔性微电路需要大面积精密图形高效制备等,牵引出面向微纳3D形貌的紫外激光直写光刻技术与系统的需求。

       国际上,激光直写设备是制备高世代LCD面板光掩模的技术手段,面积达100英寸,线宽分辨率达1.5微米,主要有瑞典MYCRONIC等公司提供。德国海德堡仪器的激光直写设备也主要应用于光掩模制备。这种用于光掩模的激光直写设备的主要功能适合TFT-Array平面图形制备,大面积微纳3D形貌结构和深纹图形制备是一个新技术领域。

面向微纳3D结构的大面积紫外光刻直写设备

2、项目创新点
       该项目提出空间光与位相光的混合调制方法,将光刻直写系统的光学分辨率从传统投影系统0.5微米,提高到100nm@355nm波长;提出基于数字光场调控、通过傅立叶级数分解和脉冲结构光场叠加曝光的模式,单次扫描光刻获得3D形貌结构的新方法;提出将投影光刻光路、共焦显微光路和光学对准共光路的方式,预检测衬底形貌(不平整度),将衬底形貌参数转换成自动导航数据,不间断飞行直写,不需要步进停顿对准,实现复杂结构的高精度对准和连续光刻制备。

       在上述创新点基础上,自主研制成功了针对大面积微纳3D形貌的紫外激光直写光刻设备,为大面积光电子器件和材料制备提供必需装备,同时也支持在第三代半导体衬底(翘曲)上的深纹图形的高速套刻,为氧化物、氮化物衬底的图形光刻提供了先进手段,其中,iG ra p her 1500设备支持70英寸幅面100nm分辨率的3D结构深度0-50微米@50深度分辨率)光刻,将设计数据直接转化成为曝光参数。

微纳3D形貌结构(涡旋、聚光、深孔、仿生)

OLED镂空掩模、结构光器件

       基于自主建立的“微纳柔性制造工艺平台”,通过大型紫外直写光刻设备,制备大面积纳米压印3D模板,采用柔性纳米UV压印/转印等工艺,研制成功大尺寸透明导电材料、微纳3D光学材料、结构光器件、薄膜聚光薄膜和仿生微纳结构材料。在照明显示、触控传感、隐身屏幕和OLED镂空金属掩模板等领域应用。
微纳结构设计与制造在功能化新材料、新器件创新中发挥独特作用,推进了多项高性能产业的创新和在相关行业的替代性应用,例如大尺寸柔性(超薄)光电子材料与器件在显示照明、智能交互触控终端的产业化。


柔性(超薄)照明显示交互器件上的应用

4、客观评价
       该项目作为国家“863计划”-先进制造领域的标志性成果,受科技部邀请参加了国家“十二五”科技创新成就展和香港、澳门中华科创展。
       科技部万钢部长以及国内外纳米科技领域著名学者专家参观视差和交流后,认为这是纳米科技领域原创成果填补空白、补短板和产业化的成功例子。

5、结语
       私彩平台排名-信誉好的私彩平台一直坚持自主创新的道路,通过产学研合作,不断提高自主创新能力。将继续加大科技协同创新力度,聚合创新资源,推进军民融合和产学研深度合作,加快高技术成果转化和产业对接的步伐,不忘初心,砥砺前行。