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苏中暑假生活 | 我在光刻实验室,微纳加工初体验

   日期:2023-08-21 04:18:28     来源:网络整理    作者:本站编辑    浏览:26    评论:0    

2023年的暑假自由而又充实

苏中学子在各种实践活动中

拓展视野、发展特长

在动静结合中不断学习提高

本期微信与您分享

苏中学子暑假生活之探究实验篇



#中科院高能物理研究所研学之旅 #

高中物理学科课程标准提出:学科核心素养是学科育人价值的集中体现,是学生通过学科学习而逐步形成的正确价值观、必备品格和关键能力。物理学科核心素养主要包括“物理观念”“科学思维”“科学探究”“科学态度与责任”四个方面。然而在实际教学中,由于教学时间、实验场地条件等限制,学生很少有机会真正通过自主探究性实验去获得真知,因而课程标准中提出的科学思维能力、科学探究精神、科学态度与责任方面的能力培养,难以达到理想的效果。

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来之不易的宝贵机会,参观

中国科学院大学和中科院高能物理研究所

8月8日我校物理组王雨婷老师,自主组织2021少预班部分物理学科特长生,前往自己读博工作过的中国科学院高能物理研究所,进行为期三天的物理实验研学活动。

前期学生通过构思,设计具有微结构特色的文创校徽图样。8月8日下午,在中科院高能物理所光学实验室,张天冲副研究员首先为同学们进行了微纳加工工艺的讲座,介绍本次活动的实验制备流程。
02

为培养学生的探究能力、思考能力,在实验制备过程中,导师们刻意隐藏了部分实验条件,让学生在实验过程中,反复摸索,对比结果,自主探究出最优制备方案,从中提升科学思维能力与科学探究精神。王雨婷老师发挥自己读博时期的专业特长,精心指导学生在实验室完成制备工作。

03

8月10日下午,三位同学均成功制备出具有创意的微结构校徽logo,完成本次研学任务,其中的微结构由显微镜照相机获取,黄色部分为金,褐色部分为镍。让我们通过显微镜单反拍摄图片,放大看一看学生自主设计制作的图案细节。

01

实验反思


工艺大致流程为涂胶、烘烤、曝光、显影、清洗、吹干、电镀镍、去胶。张天翼同学根据自己的实操流程,整理了实验步骤报告:

0、掩膜版设计

采用L-edit软件设计出微结构校徽图形

1、涂胶
在无硅片的情况下调整转速,低速400转,高速4000转
镊子夹取表面镀层为铬和金的硅片,置于匀胶机中,顺序按下"控制"“吸片”"启动"按钮,在低速状态下观察硅片位置,并以此调整至平台中心处,以使甩胶均匀
打开S1818光刻正胶胶瓶,用一次性吸管吸取,在挤出气泡后缓慢滴加在硅片中心处,启动甩胶,在胶液摊开后迅速结束低速旋转,进入高速旋转60s,以至结束
用滤纸将硅片抄起,最终厚度为2微米
2、烘焙
提前将仪器设定在90.0℃,将硅片平放在热板上,同时开始计时十分钟,到时抄起硅片在无光条件下冷却
3、光刻
将硅片置于光刻机中,按指示步骤压入,锁紧,曝光,取出,完毕
4、显影
将硅片置于千分之三点七浓度氢氧化钠中,依据曝光时间,适当调整显影时间为两分钟,取出硅片,放入去离子水中清洗
5、吹干
用高压空气枪冲出硅片表面液体,以防止水渍
6、电镀
将硅片置于镍离子电镀液中,在0.03安培恒流下电镀三十分钟,取出清洗表面电镀液并按上述方法吹干,在台阶仪中测量电镀厚度并依此进一步调整电镀电流,时间,最终厚度为1.5微米
7、去胶
将硅片置于浓氢氧化钠溶液中浸泡,取出用去离子水反复清洗,按上述步骤吹干,在光写显微镜下观察微结构,评定实验结果

实验操作反思:
1、过曝光过显影,以致微结构部分消失
2、涂胶过少或不均匀,在甩胶过程中未能完整铺开
3、涂胶时没有将气泡挤出,影响后续成果
4、光刻时未将硅片压紧,以致微结构不明显
5、电镀时电流或时间估算错误
如果失败,可将硅片进行去胶,并用去离子水冲洗,再用超声清洗,最后用离子束刻蚀机洗净,重新实验。


成功完成实验做出成品,和导师们欢乐合影

02

活动感悟

在高能所对撞机实验室门口合影留念

张天翼同学:

区别于课本大多数的理论知识与少数如同正确答案一样的实验步骤,本次实验复杂而精细,失去了具体的几分几秒,几安培几福特,一切都要先尝试,再调整。也是第一次真正意义上遇到了一些不可避免的实验瑕疵,不管是小气泡,是空气里的杂志,甚至是白光都可以对成果造成影响,所应对的便是发现问题,分析问题的成因,再尝试解决问题。

薛梓帆同学:

时值夏暑,天气炎热,第一次从宾馆到高能所步行十分钟,一路辛苦,早已汗流浃背。

然而方至高能所,了解并使用了那些新奇的实验器械,顿觉疲惫一扫而空。古人云“纸上得来终觉浅,绝知此事要躬行”。亲身参与实验,所带来的既是趣味与欢乐,更是对所学的进一步巩固与理解。除此而外,只能自己制作的电镀箱等设备,不断失败又重做的样品……如此种种也使我对我国科研人员从事实验之艰辛印象深刻。

走在再次前往高能所的路上,我已不觉疲惫。

高潘越同学:

这次活动虽然历时仅仅两天,但是却完整地向我们揭示了科研工作需要的反复探究,仔细严谨的过程与态度。第一天的部分中,我顺利快速地完成了胶结构的建构。但由于最后的电镀步骤的失误,我不得不从头再来,却刻出了一片更好的样品。告别实验室时,攥着手中代表着失败与成功的两片光刻硅片,我想:科学研究是一项反复试错,总结经验并加以改进的过程,学习又何尝不是如此呢?

王雨婷老师:

本次研学活动制作的微结构校徽看上去是一个简单工艺品,实际上因为其中设计的最小线条宽度为1微米,是裸眼不可见的宽度,所以对学生每一步的精细操作都有很高的要求,同时为培养学生的探究能力、思考能力,隐去了部分实验条件,学生在实验过程中,通过反复摸索,对比结果,摸索出最优制备方案。

因此,在两个整天的实验中,同学们经历了许多次失败,有的仅第一步甩胶就反复了三次,最可惜的一次是高潘越同学的作品,在电镀之前的所有工艺中,我们都认为他的作品将会是最成功的,但最终结果却差强人意、功败垂成,大家都感到非常失落,高潘越同学当即坚持再重新制作一次,于是在大家的相互帮助、共同努力下,抓紧最后半天的时间,以几乎完美的作品为我们的研学之旅划上圆满的句号。

研学活动作为课堂教学的延伸,可以更大程度地提供学生试错的机会,更完整地呈现科学研究的本来面貌。学生在活动中表现出的专注细致、精益求精、锲而不舍等优秀科研潜质,让我感到无比欣喜,在总结失败经验后的成功,让枯燥重复的科研过程更令人心潮澎湃,也许这就是科研工作让人着迷的地方吧!

这件事不能再延迟了

走进高能所大厅,左手墙上一行大字:这件事不能再延迟了。字是周恩来总理亲笔,落款显示1972年9月11日。

1972年8月18日,中国科学院原子能研究所原副所长张文裕等18人写信给周恩来总理,提出发展高能物理必须建造高能加速器,建议建立我国自己的粒子物理实验基地。9月11日,周恩来总理复信,对高能物理研究和高能加速器的预制研究工作作出指示:“这件事不能再延迟了……高能物理研究和高能加速器的预制研究,应该成为科学院要抓的主要项目之一。”

在高能所大厅,与周恩来总理手迹相对的另一面墙上,还有邓小平同志在1988年视察这里留下的一段话:“在过去也好,今天也好,将来也好,中国必须在世界高科技领域占有一席之地。”

希望通过我们的努力,让更多苏中学子走进科学殿堂,掌握科研的主导权,攀登世界科学的高峰!


 
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