Nghiên cứu thiết kế hệ thống lò xo vi treo kiểu dầm cong kết cặp cơ và chế tạo mũi dò quét định hướng ứng dụng khắc các cấu trúc nano plasmonic

Nghiên cứu thiết kế hệ thống lò xo vi treo kiểu dầm cong kết cặp cơ và chế tạo mũi dò quét định hướng ứng dụng khắc các cấu trúc nano plasmonic.Nghiên cứu thiết kế hệ thống lò xo vi treo kiểu dầm cong kết cặp cơ và chế tạo mũi dò quét định hướng ứng dụng khắc các cấu trúc nano plasmonic.Nghiên cứu thiết kế hệ thống lò xo vi treo kiểu dầm cong kết cặp cơ và chế tạo mũi dò quét định hướng ứng dụng khắc các cấu trúc nano plasmonic.Nghiên cứu thiết kế hệ thống lò xo vi treo kiểu dầm cong kết cặp cơ và chế tạo mũi dò quét định hướng ứng dụng khắc các cấu trúc nano plasmonic.Nghiên cứu thiết kế hệ thống lò xo vi treo kiểu dầm cong kết cặp cơ và chế tạo mũi dò quét định hướng ứng dụng khắc các cấu trúc nano plasmonic.Nghiên cứu thiết kế hệ thống lò xo vi treo kiểu dầm cong kết cặp cơ và chế tạo mũi dò quét định hướng ứng dụng khắc các cấu trúc nano plasmonic.Nghiên cứu thiết kế hệ thống lò xo vi treo kiểu dầm cong kết cặp cơ và chế tạo mũi dò quét định hướng ứng dụng khắc các cấu trúc nano plasmonic.Nghiên cứu thiết kế hệ thống lò xo vi treo kiểu dầm cong kết cặp cơ và chế tạo mũi dò quét định hướng ứng dụng khắc các cấu trúc nano plasmonic.Nghiên cứu thiết kế hệ thống lò xo vi treo kiểu dầm cong kết cặp cơ và chế tạo mũi dò quét định hướng ứng dụng khắc các cấu trúc nano plasmonic.Nghiên cứu thiết kế hệ thống lò xo vi treo kiểu dầm cong kết cặp cơ và chế tạo mũi dò quét định hướng ứng dụng khắc các cấu trúc nano plasmonic.Nghiên cứu thiết kế hệ thống lò xo vi treo kiểu dầm cong kết cặp cơ và chế tạo mũi dò quét định hướng ứng dụng khắc các cấu trúc nano plasmonic.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Nguyễn Văn Đường NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÒ XO VI TREO KIỂU DẦM CONG KẾT CẶP CƠ VÀ CHẾ TẠO MŨI DÒ QUÉT ĐỊNH HƯỚNG ỨNG DỤNG KHẮC CÁC CẤU TRÚC NANO PLASMONIC LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC VẬT LIỆU Hà Nội – 2023 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Nguyễn Văn Đường NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÒ XO VI TREO KIỂU DẦM CONG KẾT CẶP CƠ VÀ CHẾ TẠO MŨI DÒ QUÉT ĐỊNH HƯỚNG ỨNG DỤNG KHẮC CÁC CẤU TRÚC NANO PLASMONIC Ngành: Khoa học Vật liệu Mã số: 9440122 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC VẬT LIỆU NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: GS TS CHU MẠNH HOÀNG Hà Nội - 2023 i LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tôi, thực hướng dẫn khoa học tập thể Thầy hướng dẫn Các số liệu luận án trung thực chưa tác giả khác công bố Hà Nội, ngày tháng năm 2023 TM Tập thể hướng dẫn TÁC GIẢ GS.TS Chu Mạnh Hoàng Nguyễn Văn Đường ii LỜI CẢM ƠN Trong suốt trình thực luận văn này, NCS mang ơn nhiều người Đây lời tỏ lòng cảm ơn cá nhân tập thể giúp đỡ NCS năm thực luận án tiến sĩ Viện ITIMS Trước tiên, NCS xin gửi lời cảm ơn chân thành tới GS.TS Chu Mạnh Hoàng giúp đỡ NCS, người thầy truyền động lực nghiên cứu, tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi cho NCS suốt trình học tập, nghiên cứu thực luận án Nhờ ch bảo tận tình, ch dạy uốn nắn chân tình thầy, NCS c kiến thức khoa học vật liệu, công nghệ chế tạo, kinh nghiệm phương pháp nghiên cứu, phương pháp viết đăng tạp ch ISI mở đường nghiên cứu khoa học thân Tiếp theo, NCS muốn gửi lời cảm ơn tới Ban lãnh đạo thành viên ITIMS, nơi giúp NCS c kiến thức khoa học khoa học vật liệu, tạo điều kiện để NCS làm th nghiệm liên quan tới luận án với tâm lý thoải mái Đặc biệt gửi lời cảm ơn tới TS Nguyễn Văn Toán tạo điều kiện để NCS c thể làm việc phòng Luận án khơng thể hồn thành thiếu giúp đỡ, tạo điều kiện trao đổi thú vị anh, chị, em phòng th nghiệm MEMS, Viện ITIMS: ThS Lê Văn Tâm, TS Nguyễn Ngọc Minh, NCS Nguyễn Thanh Hương, TS Nguyễn Văn Minh, TS Đặng Văn Hiếu, ThS Nguyễn Ngọc Sơn Và gửi lời cảm ơn sâu sắc tới Kỹ sư tài trẻ Nguyễn Quốc Chiến đồng hành hướng nghiên cứu, thực nghiệm NCS để c kết nghiên cứu ngày hôm Cuối cùng, xin giành lời cảm ơn gia đình, gia đình hậu phương vững chắc, ch dựa tinh thần để c thể yên tâm nghiên cứu suốt thời gian vừa qua Hà Nội, ngày tháng TÁC GIẢ năm 2023 Nguyễn Văn Đường MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁ HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ MỞ ĐẦU Chương CƠNG NGHỆ KHẮC CƠ HỌC SỬ DỤNG MŨI DÒ QUÉT 1.1 Tổng quan công nghệ khắc sử dụng mũi dò quét 1.1.1 Lịch sử cơng nghệ khắc mũi dị qt 1.1.2 Cấu trúc hệ thống khắc sử dụng mũi dò quét 1.1.3 Kỹ thuật khắc sử dụng mũi dò quét chế tạo cấu trúc nano 1.1.4 Các phương pháp chấp hành đầu dò khắc .9 1.2 Tình hình nghiên cứu khắc sử dụng mũi dò quét giới 14 1.2.1 Mũi dò quét phương pháp chế tạo 14 1.2.2 Cấu trúc lò xo vi gắn mũi dò quét vấn đề tồn 17 1.2.3 Các giải pháp khắc phục nhược điểm lò xo vi dầm thẳng 19 1.2.4 Hiệu suất khắc đầu dò quét 22 1.2.5 Một số nghiên cứu kỹ thuật khắc sử dụng mũi dò quét .23 1.3 Tình hình nghiên cứu kỹ thuật khắc sử dụng mũi dò quét nước 27 1.4 Kết uận chương 29 Chương CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ THỰC NGHIỆM 31 2.1 Cơ sở ý thuyết 31 2.1.1 T nh toán độ cứng lò xo vi .31 2.1.2 T nh toán tần số riêng 36 2.1.3 Điện dung cấu trúc 38 2.1.4 Điện áp làm việc ổn định chấp hành tĩnh điện 40 2.1.5 Hệ số ph m chất vi chấp hành 42 2.1.6 T nh toán độ dịch chuyển cấu trúc 44 2.2 Cơ sở mô phương pháp phần tử hữu hạn 46 2.2.1 Khái quát phương pháp phần tử hữu hạn .46 2.2.2 Phần mềm mô phân t ch phần tử hữu hạn 48 2.3 Cơ sở thực nghiệm .50 2.3.1 Kỹ thuật quang khắc 50 2.3.2 Ăn mòn h a học .58 2.3.3 Kỹ thuật khắc ướt silic dị hướng 60 2.4 Kết uận 61 Chương THIẾT KẾ BỘ VI DỊCH CHUYỂN MŨI DÒ QUÉT 63 3.1 Mơ hình đầu dị khắc sử dụng chấp hành tĩnh điện 63 3.1.1 Mơ hình cấu trúc hệ thống lò xo vi treo mũi dò khắc .63 3.2 Nghiên cứu thiết kế hệ ò xo vi treo đĩa tâm gắn mũi dị sử dụng vi dầm gấp khúc khơng kết cặp 64 3.2.1 Kết t nh tốn mơ hình 65 3.2.2 Kết mô .67 3.3 Hệ ò xo vi chuyển động theo phương z gấp khúc dầm cong 79 3.3.1 Hệ lò xo vi kết cặp với dầm cong .79 3.3.2 Hệ lị xo vi khơng kết cặp với dầm cong 80 3.3.3 Xây dựng mơ hình t nh tốn độ cứng lò xo vi kết cặp 81 3.3.4 Kết mô so sánh hoạt động lò xo vi .85 3.3.5 Đánh giá kết mô t nh toán .91 3.4 Bộ chấp hành tĩnh điện điều khiển dịch chuyển mũi dò 98 3.4.1 Điện áp điều khiển chấp hành tĩnh điện 98 3.4.2 Hệ số ph m chất Hệ lò xo vi kết cặp 100 3.5 Kết uận 102 Chương CHẾ TẠO MŨI DÒ QUÉT DỰA TRÊN KỸ THUẬT KHẮC QUANG HỌC VÀ VI CƠ KHỐI ƯỚT 103 4.1 Chế tạo mũi dò quét dựa kỹ thuật quang khắc .103 4.1.1 Quy trình chế tạo .103 4.1.2 Quang khắc tạo mặt nạ SiO2 105 4.1.3 Ăn mòn tạo mặt nạ SiO2 107 4.1.4 Tạo mũi dò từ mặt nạ SiO2 108 4.1.5 Thu nhỏ k ch thước mũi dò quét dựa trình oxy h a 110 4.2 In dập khn sử dụng trực tiếp mũi dị qt 113 4.2.1 Quy trình dập khn sử dụng mũi dò quét 113 4.2.2 Kết chế tạo cấu trúc nano plasmonic dựa in dập khuôn .114 4.3 Kết uận 115 KẾT LUẬN CHUNG CỦA LUẬN ÁN 116 ĐỊNH HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO CỦA LUẬN ÁN 117 DANH MỤC CÁC CÔNG TR NH Đ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN 118 TÀI LIỆU THAM KHẢO 119 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT AFM (Atomic Force Microscope): Kính hiển vi lực nguyên tử STM (Scanning tunneling microscope): K nh hiển vi quét xuyên hầm DPN (Dip-Pen lithography): Khắc sử dụng mũi dò nhúng SPM (Scanning Probe Microscope): K nh hiển vi đầu dò quét SEM (Scanning Electronic Microscope): Hiển vi điện tử quét TEM (transmission electron microscopy): Ảnh hiển vi điện tử truyền qua SOI (Silicon on Insulator): Phiến c SiO2 hai lớp silic linh kiện MEMS Micro-Electro-Mechanical Systems): Hệ thống vi điện tử BHF (Buffered HF): Dung dịch HF pha thêm NH4F theo tỷ lệ định DRIE (Deep Reactive Ion Etching): Ăn mòn sâu ion hoạt h a CVD (Chemical Vapor Deposition): Lắng đọng h a học LPCVD Lắng đọng hoá học áp xuất thấp RIE (Reactive Ion Etching): Ăn mòn ion hoạt h a AR (Aspect Ratio): Tỷ lệ cạnh HAR (High Aspect Ratio): Tỷ lệ cạnh cao PZT (Pb Zirconate titanate): Màng mỏng MACE (Metal Assisted Chemical Etching): Ăn mòn h a học h trợ kim loại TIP Mũi dò Si Si-l c PSL (Probe Scanning Lithography): Kỹ thuật khắc đầu dò quét MFM (Magnetic Force Microscopy): K nh hiển vi lực từ TEM (Transmission Electron Microscopy): K nh hiển vi điện tử truyền qua SC (Standard Cleaning): Quy trình rửa phiến Si chu n FEM (Finite Element Method): Phương pháp phần tử hữu hạn FEA (Finite Element Analysis): Phân t ch phần tử hữu hạn FESEM K nh hiển vi điện tử quét hiệu ứng trường CM-AFM Khắc AFM chế độ tiếp xúc TM-AFM Khắc AFM chế độ không tiếp xúc Lift-Off Tạo âm – Loại bỏ DPL Khắc động DQN Cảm quang dương hai thành phần RCA1 Quy trình làm phiến NH3 RCA2 Quy trình làm phiến HCl UV (Ultraviolet): Chùm tia tử ngoại Mode Hình dạng cấu trúc hệ thống tần số cộng hưởng