面向量子功能器件制备的直写式真空蒸发系统

To meet the increasing needs of accuracy and specifications on quantum functional devices and material, this research proposes a novel nano-manipulation based direct writing vacuum evaporation instrument. The mechanism of this innovation can be described as follows: vapor flow is controlled by a wafer pattern such that a vapor flow beam is formed, which is directly written to the substrate. The substrate is mounted to a nano manipulator such that desired two dimensional or three dimensional quantum functional devices can be fabricated, when the nano stage is following given trajectories by control algorithms. Quantum experiments will be performed and new fabrication methods will be explored based on this instrument.

本研究面向量子调控等基础研究重大前沿方向，针对量子功能材料和器件制备中的多种工艺和精密度要求，突破现有真空蒸发技术的局限性，创新性的研制一种以纳米移定位系统为核心技术的直写式真空蒸发仪器。该仪器通过将高纯度气态靶材经过掩模控制形成高度定向，沉积率可控的靶材束流直接沉积在衬底基片上，并通过控制承载衬底基片的纳米微动平台轨迹跟踪运动，实现镀膜几何图形或器件的拓扑结构，达到纳米精度量子器件金属化沉积成型的制备目的。本课题还将在研制仪器的基础上，通过量子功能器件的制备完成对样机性能测试，并形成一套基于新仪器的器件制备方法，推动量子和信息功能材料等相关科学研究的发展。

本项目按照申报书研究思路和计划，针对以真空蒸发为制备手段的量子和微纳器件对工艺、精密度和纯度等一系列要求，围绕直写式真空蒸发仪器的研制，开展了纳米微动系统设计建模和控制方面的基础理论与算法研究，进而对新仪器硬件，电控，及系统集成进行了全面开发和研制，实现了微纳量子器件的高精度金属化沉积成型制备，并利用新仪器展开了二维器件和复合结构器件的制备工艺研究，实验验证及评估。本项目既推动了纳米伺服系统相关理论和技术的发展，又为微纳和量子器件直写式制备提供了新仪器和新方法，并展现了在其他科研和仪器领域拓展的巨大潜力。