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1. 研究目的与意义（文献综述）

1、研究目的及意义（含国内外的研究现状分析）

1.1 研究背景

微纳米结构是一种在微纳尺度上具有特殊性质的人造结构^[1]。因为微纳米结构具有独特的光学、电学、磁学和热学性质，因此对于微纳米结构的研究和制备具有相当大的研究意义和应用前景^[1]。目前微细加工技术已经在光子学、微电子器件、集成电路、生物医学中得到了广泛应用：通过微细加工技术得到的微细表面纹理结构具有超疏/亲水性、低粘附性、减阻性特性；研究微纳米结构模拟医学病理环境进行医学研究；在微纳米通道控制流体作用于化学、生物研究。

传统的微细加工技术包括：微细电火花加工和机械微细加工、光刻技术、聚焦离子束技术（fib）、电子束(ebm)及其光刻技术等。但是传统微细加工技术具有工具磨损、加工效率低、加工要求较高、材料去除率较低等各种局限性：基于工具的加工会产生由于刀具磨损造成的几何精度降低、导电电极和工件的要求高等问题；传统聚焦离子束加工（fib）可以进行纳米、微米的高精度刻蚀，并且可以对微细结构进行操控，但是由于刻蚀中存在溅射过程，会产生再沉积效应，从而阻碍刻蚀效率、影响刻蚀效果；并且传统聚焦离子束加工（fib）的加工材料受限，在加工不导电样品时，带正电荷的离子会积累在样品表面从而干扰后续的离子束加工，导致加工偏离设计好的扫描方案^[2]。电子束加工分为电子束热加工和电子束非热加工：电子束热加工中的聚焦电子束加工（feb）通过电子束的高度聚焦，电子束束斑直径已经可以达到nm、μm量级，可以实现精准加工，可应用于三维结构器件的加工，但是如果不使用光刻胶以及前驱体气体，为了实现微细加工要求，聚焦电子束需要极高的能量密度（10⁹/cm²），因此加工要求较高，材料的去除率较低；电子束非热加工也称之为电子束光刻技术，是一种利用低功率密度电子束照射电致抗蚀剂（光刻胶），经显影后在光刻胶中产生图形，再通过金属沉积等工艺在衬底上产生图形的微细加工技术。因为电子是一种波长极短的波，所以电子束的曝光精度可以达到nm量级，具有分辨率高、功能强大等特点，因为特征尺寸的减小，电子束光刻技术逐渐代替传统光学曝光技术，并应用在集成电路的制造上，可以制备最小尺寸达10nm量级的特征尺寸纳米器件，极大地推动了微纳米器件的加工与发展。但是为保证电子束光刻技术的分辨率，曝光时间较长，不适合曝光比较大的图形，因此便会降低生产效率；并且因为入射电子的前散射和背散射而产生的电子束邻近效应会使曝光图形变形，致使图形失真。此外，为保证电子光学系统的稳定运行，电子束加工对设备和系统的真空度要求较高，尽管现在已经出现了局部真空下的加工方式，但是仍对微细加工在生产中的应用造成了一定的限制。

随着半导体工艺的发展，晶体管栅极尺寸越来越小，微细结构可具有仅几微米的特征尺寸^[3]，存储器中器件的堆叠层数越来越多，因此对加工和测试的条件也愈加严苛。在信息光电子领域，随着5g技术的高速发展，涉及到特种光束通信、混合云存储系统等研究方向及关键技术的光电子器件、芯片的阵列、集成技术对于微细加工的要求也越来越高^[4]。传统微细加工技术的局限性已经不能满足发展需求，因此需要一种分辨率更高、可适用于三维微细加工的加工技术来制造精度更高的微型部件。

2. 研究的基本内容与方案

2、研究（设计）的基本内容、目标、拟采用的技术方案及措施

2.1 研究内容

本文主要通过详细了解磁控激光诱导等离子体微细加工（mc-lipmm）的原理和性能，完成超快激光微细加工的发展现状及应用调研；厘清超快激光微细加工主要参数、加工特性与材料去除机理，磁场调控等离子体加工的基本原理。基于前面的理论知识，通过三维cad软件辅助设计磁控激光诱导等离子体微细加工实验平台，包括激光参数设计、激光光路设计、主要结构部件设计等，最后对新工艺实验平台进行测试。

2.2 研究目标

通过三维cad软件辅助设计磁控激光诱导等离子体微细加工实验平台，并进行实物搭建，学习及深化相关理论知识和学会相关软件的使用；厘清超快激光微细加工主要参数、加工特性与材料去除机理，磁场调控等离子体加工的基本原理。基于前面的理论知识，通过三维cad软件辅助设计磁控激光诱导等离子体微细加工实验平台，包括激光参数设计、激光光路设计、主要结构部件设计等，最后对新工艺实验平台进行测试，评价新实验平台加工效果。

2.3 技术方案及措施

（1）搜集国内外研究皮秒激光诱导等离子体微细加工以及磁场辅助皮秒激光加工的中英文文献，阅读并整理文献，为后续工作做铺垫；

3. 研究计划与安排

3、进度安排

（1）英文翻译、文献阅读报告及开题报告； （第1周—第3周）

（2）查找并阅读文献，总结归纳国内外皮秒激光诱导等离子体微细加工的发展现状及应用调研、针对磁控激光诱导等离子体微细加工，详细分析皮秒激光诱导等离子体微细加工的原理和性能，厘清超快激光微细加工主要参数、加工特性与材料去除机理，磁场调控等离子体加工的基本原理；

（第4周—第6周）

4. 参考文献（12篇以上）

4、阅读的参考文献不少于15篇（其中近五年外文文献不少于3篇）

[1] yang liangliang,wei jiangtao,ma zhe,songpeishuai,ma jing,zhao yongqiang,huang zhen,zhang mingliang,yang fuhua,wangxiaodong. the fabrication of micro/nano structures by laser machining.[j].nanomaterials (basel, switzerland),2019,9(12).

[2] 韩伟,肖思群.聚焦离子束(fib)及其应用[j].中国材料进展,2013,32(12):716-727 751.

[3] ishan, saxena, rajiv, et al. high-speedfabrication of microchannels using line-based laser induced plasmamicromachining[j]. j. micro nano-manuf, 2015.