为了提高透皮给药的效率, 降低传统注射对人体的疼痛感, 需要制备微针阵列结构。本文介绍了一种新的微针阵列结构的制造技术。利用日本立命馆大学的同步辐射光源AURORA进行两次X光移动光刻和一次固定X光光刻技术, 在PMMA光刻胶上得到微针阵列。通过采用不同的掩膜版图形以及对不同位置的空心孔进行X光光刻, 获得了不同规格的空心微针阵列, 针对固定X光光刻时对准的问题, 自行研制了X光光刻对准装置, 实验结果证明, 该装置能实现空心微针阵列的制备。并且进行了微针刺穿测试, 结果证明微针有足够的强度。为了达到低成本批量复制微针阵列的目的, 还进行了微针模具的倒模和复制实验, 成功得到金属镍实心微针阵列。最后, 针对光刻过程中微针阵列结构的侧面形状发生畸变的情况, 对移动X光光刻建立了仿真预测, 将仿真预测结果与实验结果进行了比较, 结果表明显影深度的误差为5%。

利用波长为248 nm的氟化氪(KrF)准分子激光器加工了掺镧锆钛酸铅压电陶瓷(PZT)、硅(Si)和聚二甲基硅氧烷(PDMS), 研究了准分子激光对这3种材料的加工效果。为了解决传统切割工艺加工PZT膜片时易发生破裂的问题, 研究了准分子激光加工PZT微结构的性能。通过调整准分子激光器的激光脉冲能量、脉冲频率、扫描速度及扫描次数等参数, 获得了加工参数及其与PZT沟槽加工深度和宽度的关系。研究了辅助气体对准分子激光加工PZT表面粗糙度的影响。用准分子激光器制备了基于PZT-Si复合材料的微悬臂梁和微膜片, 并测试了其压电性能。结果表明, 利用准分子激光器加工的2种PZT微压电结构具有良好的压电性能, 可作为微压电驱动器的关键器件, 验证了用准分子激光器加工PZT微结构的可行性。

微透镜阵列的制备已经成为微光学领域的研究热点。利用两次X光移动光刻技术, 以聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)为正光刻胶, 在PMMA基板上制造了微透镜阵列, 并对其制作原理进行了详细说明。设计了制备微透镜阵列用的掩膜图形, 并通过掩膜图形模拟仿真, 预测了微透镜在两次移动曝光显影后的形状。第一次X光移动光刻后, 理论上会得到半圆柱状三维结构; 第一次光刻后将掩膜板旋转90°, 进行第二次移动曝光光刻, 最终在PMMA基板上制备了面积为10 mm×10 mm的30×30个微透镜阵列, 阵列中每个微透镜的直径约248 μm、厚度约82 μm。同时也研究了X光曝光量与PMMA刻蚀深度之间的关系。微透镜阵列形貌测试表明此种制备微透镜阵列的新方法是可行的。

利用锆钛酸铅(PZT)的逆压电效应, 设计并制备了膜片式压电微泵。 通过将电能转换为机械能, 实现了液体的微流体控制。微泵由微驱动器与单向微阀两部分组成; 微驱动器主要为液体流动提供驱动力, 单向微阀则用于精确控制液体的流动方向。通过对PZT-Si膜片的位移量、位移形状的仿真分析, 确定了微驱动器的设计尺寸, 并估算其液体驱动性能。利用共晶键合工艺、研磨减薄工艺、硅深反应离子刻蚀工艺和准分子激光加工工艺等制备出了微驱动器和单向微阀。最后, 设计了驱动测试实验, 检测了微泵的液体驱动性能。测试结果表明: 所制备的膜片式压电微泵驱动的谐振频率约为70 kHz, 能驱动微米量级的液体位移或运动。当微泵驱动电压为30 Vp-p、频率为600 Hz时, 液体的驱动流速约为65 μL/min。该微泵具有体积小, 线性度好等特点。

采用微硅-锆钛酸铅（Si-PZT）悬臂梁结构并在悬臂梁末端附加镍质量块, 构成可以工作于低频环境（小于1 000 Hz）的微压电能量采集器, 一种利用压电效应将环境振动能转换为电能的器件。利用金薄膜作为中间层的共晶键合技术和PZT研磨减薄技术制备了微压电悬臂梁结构, PZT减薄实验最好结果为减薄至8 μm。镍质量块（2 mm×2 mm×0.6 mm）采用微电铸工艺制备。通过对硅片与块材PZT的共晶键合工艺与PZT减薄技术的研究, 制备出总厚度约为71 μm的Si-PZT悬臂梁结构, 其中硅梁厚约为47 μm, PZT梁厚约为24 μm。制备的微压电振动能量采集器样品的测试结果表明: 在谐振频率为950 Hz, 1.0g加速度激励条件下, 其交流输出峰值电压可达958 mV。

随着微电子技术的发展，有必要研究在基板上制备高深宽比并拥有垂直侧壁的微纳结构。基于X射线可以制备高质量的纳米母光栅，利用精密纳米电铸技术从母光栅中复制出高质量的微纳金属光栅模具。研究了一种高深宽比的金属镍光栅模具的制备技术。基于同步辐射光刻技术，在硅基板上制备线宽分别为0.25，0.5，1 μm，高2.0 μm的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)光栅。利用精密电铸技术，得到线宽分别为0.25，0.5，1 μm的金属镍纳米光栅模具，1 μm的金属光栅深宽比达1.5。为了获得高质量的PMMA纳米光栅母模，使用了粘接剂，克服了光栅倒伏的缺陷，优化曝光参数，消除了结构底部出现的多余的小三角形结构。

提出了一种聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)微针的微细加工工艺，该工艺基于PCT技术，结合X射线以及光刻掩模制作三维微结构。通过移动LIGA掩模板曝光来加工微立体PMMA结构，其加工形状取决于X光光刻掩模板吸收体的形状。实验显示，最终的结构形状并非完全与掩模板上吸收体的形状一致。如果不对X光光刻掩模板的吸收体形状进行补偿，即会使被加工的微结构侧面变形，从而影响微针的性能。分析了微针阵列侧面变形的原因，认为这种变形是由于显影时间与曝光量之间的非线性关系导致结构形状与曝光量分布不完全一致造成的。利用PCT方法制作的PMMA微针其长度为100~750 μm，直径为30~150 μm，针尖的直径最小可达100 nm。通过对LIGA掩模板上的吸收体图形进行适当的补偿，使吸收体图形从中空的双直角三角形变为中空的半椭圆图形，增强了带沟道的微注射针阵列的强度。

为了将平面金属膜紧密耦合到纳米光栅形成的表面等离子体共振传感器,以提高灵敏度,以及利用亚微米光栅调整共振反射波长,需要制备亚微米结构光栅。介绍了一种基于X光光刻的亚微米结构光栅的制造技术。该结构光栅是利用日本立命馆大学的同步辐射光源进行同步辐射光光刻,在有机玻璃(PMMA)板上直接得到亚微米光栅。用此纳米加工技术获得的光栅线宽为250 nm,周期为500 nm,深宽比为8的PMMA亚微米结构光栅。还优化了曝光近接间隔、曝光剂量和显影时间等同步辐射光刻参数。

报道了利用声表面波实现水滴二维驱动的实验。在127.8° Y切X向传播的铌酸锂衬底上制作了4个叉指换能器。每个叉指换能器由10对电极构成,其叉指周期为400 μm,宽度为100 μm,孔径为12 mm,整个器件的尺寸为26 mm×26 mm×0.45 mm。由于铌酸锂晶体的各向异性,叉指换能器沿Y、X方向的谐振频率不同,分别为9.3 MHz 和9.6 MHz。基于铜材料相对于铝材料的优点,选用了铜材料并采用剥离工艺制作了电极,得到了优化的工艺参数。最后,用了超长时间超声波辅助方法彻底去除残胶,实现了对水滴的二维驱动,输入功率为9 W,液滴运动的平均速率为5 mm/s。利用ANSYS软件分析了声表面波在铌酸锂衬底内的传播,内部振动的模拟结果与理论分析一致。实验表明,利用声表面波实现液体的二维驱动是可行的,该液体驱动原型可用于片上系统和μ-TAS。

考虑声表面波驱动器直接驱动工作物体,能量损失小,传动误差小,且尺寸小,噪声低,抗电磁干扰等特点,基于MEMS技术并采用在LiNbO₃基底上加工微型电极的方式制作了一种声表面波微驱动器.为了更加有效地控制驱动方向,提出了一种新型叉指结构,即浮动电极型单向换能器,然后利用ANSYS软件,对声表面波换能器进行了优化设计和分析,制作出了孔径尺寸为5mm,电极厚度为0.8μm,指宽为6.7μm,周期为80μm的浮动电极型单向换能器.该声表面波驱动器比以往的驱动器具有更高的谐振频率(接近50MHz)和更有效的方向可控性,从而有助于微光学控制系统的进一步微型化和可控化.