纳米压印样机的总体设计与虚拟装配【开题报告】

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1、毕业设计开题报告机械设计制造及其自动化纳米压印样机的总体设计与虚拟装配一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义随着半导体集成电路、纳米光学和纳米磁学等科学领域的发展，纳米制造技术作为其重要的支撑技术之一也经历了飞速的发展。例如，量子器件要实现量子效应，在工艺上要实施制作厚度和宽度都只有几十纳米的微小导电区域，这样当电子被禁闭在纳米导电区域时，才有可能产生量子效应；又如，作为近场光源的关键技术——纳米孔径激光器,难点在于:金属膜上纳米小孔的制作,其尺寸为几十至几百纳米,目前采用聚焦离子束(FIB)方法加工能制作φ50nm的小孔,但要制作更小直

2、径的孔,难度极大；再如，现有的连续磁介质存储器由于磁粉颗粒过小后，无法保持稳定的磁畴而出现“超顺磁”行为而不能突破单位密度为100Gb/in2的容量，要制作更高密度的磁存储器最有效方法通过制作直径为几十纳米的量子点阵列，将连续介质制作成阵列式的离散数据。然而目前制备纳米光电子器件的核心技术是集成电路制作技术——光刻技术，由于光波波长和数值孔径的限制以及衍射、散射与干涉等影响难于制作线宽小于100nm的图案。尽管采取一系列艰难的改进后，如采用极紫外线光刻、X光光刻、电子束投影、离子束投影、微型电子束阵列等等，也能克服线宽小于100nm时引起的衍射限制，

3、但系统复杂，造价十分昂贵。可见现有光刻技术难于胜任制作特征尺度小于100nm的纳米器件的要求，更不可能满足其产业化发展高效率和低成本的要求。因此，现行光刻技术已经成为制约纳米技术发展的重要瓶颈。要进一步推动纳米科学技术的研究及其产业化的发展，研究一种工艺过程简单、成本较低、生产效率高的纳米制造技术势在必行。而1995年由美籍华人StephenY.Chou提出的纳米压印光刻技术，纳米压印光刻工艺不同于传统光刻工艺，它不是通过改变阻蚀剂的化学特性实现其图形化，而是通过阻蚀剂的物理变形实现图形化。因此，其分辨率不受光波波长、物镜数值孔径以及光刻胶表面光反射

4、、光刻胶内部光散射、衬底反射和显影剂等因素的限制，可突破传统光刻工艺的分辨率极限。此外，它还可以大批量重复地在大面积上制备纳米级的图形结构，并且所制作的图案具有很好的均匀性和重复性。因此，该技术还具有低制作成本和高生产效率的优点。在纳米压印机的设计中的一项重要环节便是虚拟装配。虚拟装配（VirtualAssembly）是产品数字化定义中的一个重要环节，在虚拟技术领域和仿真领域中得到了广泛的应用研究。其通常有两种定义：(1)虚拟装配是一种零件模型按约束关系进行重新定位的过程，是有效分析产品设计合理性的一种手段。该定义强调虚拟装配技术是一种模型重新进行定

5、位、分析过程。(2)虚拟装配是根据产品设计的形状特性、精度特性，真实地模拟产品三维装配过程，并允许用户以交互方式控制产品的三维真实模拟装配过程，以检验产品的可装配性。虚拟装配（VirtualAssembly）采用计算机仿真与虚拟现实技术，通过仿真模型在计算机上进行仿真装配，实现产品的工艺规划、加工制造、装配和调试，它是实际装配的过程在计算机上的本质体现。目前，就其技术而言，已经成熟，虽尚没有商用虚拟装配系统，也尚未充分地应用于新产品开发的分析和评价，但这项技术在新产品开发中已得到肯定，并具有很重要的意义。过去传统的产品开发，常需要花费大量的时间、人力

6、、物力来制作实物模型进行各种装配实验研究，力求在产品的可行性、实用性和产品性能等方面进行各种测试分析。现代设计要求设计人员在虚拟产品开发早期就应考虑装配问题，在进行虚拟装配的同时创建产品、分析装配精度，及时优化设计方案。所以说在产品的设计当中，虚拟装配是一项重要的环节。由于传统的光刻技术以及传统纳米结构加工技术无法满足人们日益增长的对制备纳米结构器件的要求，人们迫切需要一种能够作为代替的新的纳米加工技术。此时纳米压印技术作为一种具有相当潜力的纳米结构加工技术受到人们的日益重视。然而，纳米压印技术仍然存在着很多亟待解决的问题，例如图形套刻，微纳结构压印

7、，利用纳米压印技术制备复杂的三维结构，图形对准以及廉价模板的获得。虽然对于上述问题已经有人提出了一些解决的方法，但是距离实际的应用仍然有不小的差距，因此仍需要人们不断的进行研究和发展。二、研究的基本内容，拟解决的主要问题：本课题的基本内容：纳米压印样机的总体设计与虚拟装配拟解决的主要问题：1.总体设计2.虚拟装配3.热纳米压印工艺4.X-Y粗动工作台5.X-Y微动工作台一、研究步骤、方法及措施：为使纳米压印光刻设备能同时适应冷热压印，我们采用模块化的设计思想对纳米压印机进行设计，通过更换不同的模块，即可实现两种工艺。根据上述两种工艺及纳米压印高分辨率

8、、高精度的特点，决定了设计方案的选取：（1）纳米压印光刻机高精度和高分辨率要求整个设备有很好的刚性，同时系统