谢会开，北京理工大学集成电路与电子学院教授，国家海外高层次人才，北京理工大学重庆微电子研究院院长、首席科学家，集成声光电微纳系统教育部工程研究中心主任。主要研究方向包括MEMS/NEMS、光学/声学/惯性MEMS传感器、微纳光学、生物光子学、光学显微内窥影像、微型光谱仪和激光雷达，发表论文350余篇，获得授权美国专利22项、授权中国发明专利50余项。担任国际期刊IEEE Sensors Letters和Sensors and Actuators A的副主编。2018年入选IEEE Fellow和SPIE Fellow。

"本书根据编者在微纳加工技术与应用研究生创新课程教学经验的基础上编撰而成。该课程旨在通过对微纳加工技术的课堂讲授并结合上机实操，使学生们能够较全面掌握微纳加工关键工艺；同时，依托本校微纳技术领域的优势团队，学生们能够完成以工艺创新为导向的课程设计。通过线上教学、课堂教学、案例示范教学和实践教学相结合，为学生提供多场景、全方位、理论和实践结合、案例示范相伴的教学新模式。


本书内容覆盖了微纳加工工艺原理与操作、表征与测试方法以及应用创新案例。本书第一篇是微纳加工技术与应用综述；第二篇介绍微纳加工关键工艺；第三篇是微纳技术创新案例，详细介绍了集成电路、光电、机械、材料等学科领域的十一个基于微纳加工技术的前沿课题。


本书可以作为微电子、集成电路、光学工程、物理学等专业本科生以及工科相关专业硕士（博士）研究生的专业选修课教材；本书还可面向从事微纳技术研究或对微纳加工技术感兴趣的科研人员及爱好者参考使用。"

　　第Ⅰ篇 微纳加工技术与应用综述
　　第1章 微纳加工技术概述
　　引言
　　微纳技术通常指纳米/微米尺度下的材料生长、器件设计、软件设计、建模、器件制造、设备工艺、材料表征、器件测量、控制等技术。微纳技术以经典物理学、化学、量子力学、分子动力学等为理论基础；以全新的材料研究、观察、制备手段为出发点，如原位分子膜层的生长和控制；以全新大批量、可重复的加工制造进行大规模生产，如集成电路和微纳传感器的加工制造等。微纳技术是一项极具前途的军民两用技术，不仅是加速经济持续增长、改变人类生产和生活方式的推动力，也是关系现代战争胜负的重要因素。
　　微纳技术涉猎面很广，涉及很多学科和领域，主要涉及物质和系统在微米和纳米尺度下的理解、控制和应用。微纳技术在这一尺度范围内利用了独特的物理、化学和生物学特性，致力于创造新材料、新器件和新系统，以实现前所未有的性能和功能。微纳技术的研究与开展对世界经济、国计民生、国家的安全和发展具有重大意义。其涉及领域包括微纳尺度信息的产生与处理（如信息感知），微纳尺度物质特性的观察与研究，微纳尺度响应、传感机制与对象控制（如扫描隧道显微镜），微纳尺度加工、制造（如纳米机器人）等，还涉及物理、化学、光学、医学、生物医疗、生态环保等诸多领域。
　　微纳光学是微纳尺度下的光学领域，该尺度已接近可见光波长的量级。因此，在微纳光学中，光的传播、干涉等呈现出新的现象，传统光学的理论方法已经不再适用，需要研究和开发新的理论和工具。微纳光学涵盖多个学科，是一个极具前沿性、知识密集且技术先进的学科分支。它不仅是一门技术，更是一门学科，已迅速受到学术界和工业界的关注和重视，在国际上掀起了微光学和纳光学研究的热潮。
　　微纳尺度下研究光与物质相互作用的规律可以促进微纳光学的发展，从而进一步推进新型光电器件的进步。一般的微纳结构的尺寸小于或等于外部激发源的特征尺寸，目前，已经有很多研究者对各种各样亚波长尺度的微纳光学结构进行了设计与研究，包括光子瞐体结构、光学纳米天线、人工超材料、表面等离激元共振结构等。这些人工设计的微纳结构可以自由调控振幅、相位、偏振等信息，进而有效地调控光与物质的相互作用，产生巨大的局域场增强、负折射、隐身、完美透镜等奇异现象。光子集成电路利用微纳尺度的波导和光学元件，可实现在芯片上集成多种光学功能，如调制、耦合、分波等，并将其用于光通信、光计算等领域。光学纳米操控是指利用光场对微纳尺度的粒子进行操控，实现光学捕获、操纵和激光钳技术。
　　生物细胞的典型尺寸在1～10μm之间，而生物大分子的厚度通常处于纳米级，长度则在微米级。微加工技术制造的器件尺寸也在这个尺度范围内，因此非常适合用于操作生物细胞和生物大分子。在生物领域，微纳技术有着广泛应用，可以用来研究生物体的结构、功能和相互作用，同时也可以应用于医学诊断、药物传递、组织工程等方面。临床分析化验和基因分析遗传诊断所需的各种微泵、微阀、微镊子、微沟槽、微器皿和微流量计等装置也可以利用微纳技术来制造。
　　随着许多生化分析仪器和生物传感器微型化、集成化的投入使用（如集成酶反应器、集成光化学酶传感器、微酶固定柱、微乙醇胆碱传感器、集成葡萄糖传感器、微谷氨酸传感器、微蛋白质传感器、微果糖传感器和集成尿液分析系统等），临床化验分析将发生革命性变化。由于这些仪器和系统是由微电子技术和微加工技术制造的，它们的价格便宜、体积小，因此化验分析所需样品质量小、费用低、制造时间短，并且不受场所限制，不限于大医院的化验室，可为危急病人赢得宝贵的抢救时间。
　　最近几年发展起来的介入治疗技术已逐渐在医疗领域占有越来越重要的地位，与其他治疗技术相比，它具有疗效好、可减少病人痛苦等优点。然而，现有的介入治疗仪器价格昂贵、体积庞大，且治疗时仪器需要进入体内，而进行判断和操作的医生却在体外，因此很难保证操作的准确性，特别是针对心脏、脑部、肝脏、肾脏等重要器官的治疗存在一定的风险。微机电系统（micro electromechanical system，MEMS）技术具有微型化（可以进入细小器官和组织）和智能化（能够自动进行精确、微小的操作）的特点，可以显著提高介入治疗的精度，降低风险。
　　近年来，随着科学技术在信息、生物等领域的不断发展和进步，对微纳新型先进功能材料的研究引起了广泛关注。在材料合成和表征方面，涌现出许多新的思路、概念和方法。目前，材料制备和表征的研究已经从微米尺度拓展到纳米甚至原子尺度，功能材料展现出许多出色的性能，显示出在信息、生物等领域迅速扩展和应用的趋势。因此，微纳新型先进功能材料也成为微纳系统研究的一个重要方向。
　　目前，微纳新型先进功能材料研究的范围广泛，涵盖了磁性材料、超导材料、半导体材料、铁电材料、红外材料、聚合物材料、光波导材料、封装材料、功能薄膜材料、信号处理材料、纳米材料等众多类型。虽然这些材料各具特色，但它们在许多交叉学科中都有所涉及，成为许多新的研究方向的起点。例如，在微纳系统领域，聚合物材料引起了广泛关注，除了作为常见的绝缘材料和光刻胶材料，高性能聚合物材料还在MEMS结构材料的研究中得到了应用。
　　1.1 微纳加工技术发展历程重干小七只的
　　20世纪60年代以来，集成电路（integrated circuit，IC）技术极大地改变了这个世界及人们的日常生活，并有力地促进了计算机、移动通信、无人机、精准医疗等一大批新技术的飞速发展。集成电路技术的革新具有强大而广泛的推动力。。从20世纪80年代开始，伴随着集成电路技术引领的小体积、低成本、高性能、多功能化的发展趋势，形成了一个全新的技术领域——微纳机电系统（micro/nano－electro mechanical system，MEMS/NEMS），简称微纳系统，即微米和纳米尺度的器件或系统。相比于常规的宏观系统而言，它们既有相同点，又有不同点。从相同点来说，与常规宏观系统一样，微纳系统作为单一系统也具备完善的结构与功能，可谓“麻雀虽小，五脏俱全”；但同时它又有不同于常规宏观系统的特点。由于微纳系统的尺寸很小，因此其功耗更低、反应更快。相对于常规宏观系统，其易于提升整体性能，且可采用类似于集成电路工艺的微细加工技术进行全系统整体制造，而不像常规宏观系统那样需要制造出单一器件再进行组装。这样的加工方法不但降低了成本，还提高了可靠性，是传统机械加工技术的巨大进步。
　　……

第Ⅰ篇 微纳加工技术与应用综述
第1章 微纳加工技术概述 003
引言 003
1.1 微纳加工技术发展历程 004
1.2 微纳加工技术简介 005
1.2.1 表面微加工工艺 006
1.2.2 体硅工艺 006
1.2.3 纳米压印技术 007
1.2.4 立体光刻技术 008
1.2.5 电子束曝光技术 009
1.2.6 超快激光微纳加工技术 010
1.2.7 3D集成加工技术 011
1.3 微纳加工技术应用简介 012
1.3.1 基于纳米压印的微光学器件制备技术 012
1.3.2 基于纳米压印的超构表面制备技术 012
1.3.3 立体光刻技术应用 015
1.3.4 电子束曝光技术应用 016
1.3.5 超快激光微纳加工技术应用 017
1.3.6 3D集成技术应用 018
1.4 小结 019
参考文献 020

第Ⅱ篇 微纳加工关键工艺
第2章 紫外曝光技术 027
2.1 微纳技术及微纳加工技术简介 027
2.1.1 紫外曝光技术及其他光学曝光技术简介 028
2.1 微纳加工技术发展趋势及前景 028
2.2 平面工艺及紫外曝光技术 028
2.2.1 平面工艺原理 028
2.2.2 紫外曝光原理 029
2.3 实验流程及原理 033
2.3.1 紫外曝光制作微纳米图形流程 033
2.3.2 掩模版及其设计制造 033
2.3.3 光致抗蚀剂及其原理 034
2.3 紫外曝光及其原理 037
2.3.5 前烘与后烘 038
2.3 显影与定影 039
参考文献 040
第3章 电子束曝光技术 燕木 041
3.1 概述 041
3.2 电子束曝光技术 041
3.2.1 电子束抗蚀剂
3.2.2 电子束曝光系统 044
3.3 实验仪器 048
3.4 实验过程 051
3.5 实验操作 052
3.5.1 实验目的 052
3.5.2 实验原理 052
3.5.3 实验基本要求 052
3.5.4 实验仪器和材料 052
3.5.5 实验学时与实验内容 052
3.5.6 实验步骤 053
3.5.7 实验结果与数据处理 054
3.5.8 实验注意事项 055
第4章 反应离子刻蚀技术 056
4.1 概述 056
4.1.1 不同刻蚀技术介绍 056
4.1.2 反应离子刻蚀技术的特点和基本原理 059
4.2 实验仪器及操作流程 061
4.2.1 反应离子刻蚀仪介绍 061
4.2.2 样品制备流程及注意事项 062
4.2.3 反应离子刻蚀操作流程 063
4.3 反应离子刻蚀参数的影响 064
4.3.1 影响刻蚀的主要参数介绍 064
4.3.2 刻蚀参数的影响 065
参考文献 071
第5章 电子封装技术 072
5.1 概述 072
5.1.1 低温焊料互连 072
5.1.2 表面活化键合 073
5.1.3 纳米颗粒烧结法 074
5.1.4 TLP互连 075
5.2 低温异质集成技术：创新案例 076
5.2.1 超薄银铟TLP技术 076
5.2.2 纳米氧化银原位自还原键合技术 077
第6章 扫描电子显微镜 079
6.1 光学显微镜的局限性 079
6.2 电子在磁场中的运动和磁透镜 080
6.3 电磁透镜的缺陷 081
6.3.1 球差 081
6.3.2 色差 082
6.3.3 像散 082
6.4 电子与固体试样的交互作用 082
6.5 实验操作 084
6.5.1 实验目 084
6.5.2 实验原理 084
6.5.3 实验基本要求 084
6.5.4 实验仪器和材料 084
6.5 实验学时与实验内容 084
6.5.6 实验步骤 084
6.5.7 实验结果与数据处理 086
6.5.8 实验注意事项 086
6.5.9 其他说明 086
第7章 椭圆偏振仪 087
7.1 测量薄膜参数的方法 087
7.2 国内外椭偏法历史与现况 088
7.2.1 理论前提 088
7.2.2 国外发展历史 089
7.2.3 国内发展历史 090
7.2.4 现况 090
7.3 椭偏仪的基本原理 091
7.3.1 理论原理 091
7.3.2 实际测量 093
7.4 椭偏仪的不同类型 094
7.4.1 消光式椭偏仪 094
7.4.2 光度式椭偏仪 095
7.4.3 光谱椭偏仪 096
7.4.4 红外椭偏光谱仪 096
7.4.5 成像椭偏仪 097
7.4.6 穆勒矩阵椭偏仪 097
7.5 椭偏仪的应用 098
7.5.1 集成电路 098
7.5.2 生物学与医学 099
7.5.3 物理吸附和化学吸附 099
7.6 椭偏仪的发展方向 099
7.6.1 精确度 100
7.6.2 实时诊断和控制 100
7.6.3 复杂材料的测量 100
7.6.4 拓展能测量的材料 100
7.6.5 与其他探测仪器相结合 100
参考文献 101

第Ⅲ篇 团队创新案例