Fabrication Simulation of 3D C-MEMS-NEMS for Biological Sensing and Manipulation.pdf

1、微納制造技術(shù)作為微納結(jié)構(gòu)和器件的重要制造工具，近年來隨著微納技術(shù)的發(fā)展和新材料的不斷涌現(xiàn)得到了快速的發(fā)展。體硅加工技術(shù)的發(fā)展造就了微納機(jī)電系統(tǒng)(MEM/NEMS)的出現(xiàn)和廣泛應(yīng)用。最近，基于碳微納加工技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了碳基微納機(jī)電系統(tǒng)(C-MEM/NEMS)。C-MEMS/NEMS技術(shù)是將高分子前驅(qū)體的微納圖形隔絕空氣條件下高溫碳化的技術(shù)。通過融合光刻技術(shù)和高溫?zé)峤饧夹g(shù)，各種碳微納結(jié)構(gòu)的圖形能夠很容易的制備。該技術(shù)不僅具有大批量低成本的

2、優(yōu)勢(shì)，還在應(yīng)用碳材料的生物兼容性和多樣性等方面具有優(yōu)勢(shì)，對(duì)新型器件的開發(fā)具有廣闊的前景。但是，國內(nèi)外在該領(lǐng)域的制備技術(shù)和應(yīng)用研究還處于起步階段。為此，本論文將開展微納加工技術(shù)，尤其是碳微納制造技術(shù)的研究，并基于碳材料獨(dú)特的三維結(jié)構(gòu)進(jìn)行新型器件開發(fā)的應(yīng)用研究。
　　 在本論文中，首先，對(duì)MEMS，NEMS和C-MEMS/NEMS的研究背景進(jìn)行了系統(tǒng)和全面的綜述。然后，對(duì)硅基高深寬比微結(jié)構(gòu)的表面干法刻蝕工藝過程進(jìn)行了基于刻蝕流的建模

3、分析和仿真；對(duì)碳基三維微電極陣列結(jié)構(gòu)的多層制備工藝過程和結(jié)構(gòu)生成原理進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)分析；對(duì)碳基三維電極陣列結(jié)構(gòu)在生物顆粒操縱和傳感中的應(yīng)用進(jìn)行了系統(tǒng)分析和建模。最后面向微納顆粒的介電泳操縱的應(yīng)用，建立了電場(chǎng)模型，顆粒受力模型，顆粒運(yùn)動(dòng)和操縱模型，并對(duì)電極結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)進(jìn)行了優(yōu)化分析。這些分析和應(yīng)用將為C-MEMS/NEMS的介電泳操縱應(yīng)用提供設(shè)計(jì)指導(dǎo)，尤其對(duì)大批量和高效的微納顆粒操縱和碳微納結(jié)構(gòu)的集成應(yīng)用具有非常重要的意義。
　　 本研