[發明專利]一種原位構建微納器件的方法

無效

• 申請號: 200810143760.2
• 申請日: 2008-11-28
• 公開（公告）號: CN101462693A
• 公開（公告）日: 2009-06-24
• 發明（設計）人: 李秋紅;趙亨;王太宏
• 申請（專利權）人: 湖南大學
• 主分類號: B82B3/00
• 分類號: B82B3/00
• 代理公司: 長沙正奇專利事務所有限責任公司
• 代理人: 馬 強

技術領域

本發明涉及一種微納器件的構建方法，是一種快速、損傷小的微納器件的原位構建方法，特別適合于大面積的器件制備。

背景技術

納米技術是21世紀一個重要的新興科技領域，大量的納米材料與器件不斷被開發出來，并在信息、醫學以及國防等各個領域中展現出前所未有的應用前景。微納器件是納米科技中的一個重要研究領域，是納米科技走向實際應用的重要途徑和橋梁。目前微納器件的研究還存在許多技術上的難題。

對于納米材料連接在兩電極之間這樣一個基本微納結構單元的制備，目前常用的方法大體可以分為以下幾種：1)采用標記、基底上涂布納米材料、掃描電鏡查找納米材料位置、曝光圖形的導入、電子束光刻等一系列工藝過程制備出納米材料置于金屬電極層之下，連接在電極之間的微納器件。該方法也是一種原位構建微納器件的無掩模光刻方法，可以實現較小的器件尺寸，因而被較多使用。然而該方法對材料損傷較大，而且由于電子束光刻設備成本高、維護成本高、制備速度慢，因此不利于批量制備。

2)采用先制備金屬電極、再將納米材料構建于電極之上的方法。該方法的技術難點是將納米材料連接在電極之上。所需的光刻機可以是電子束光刻機，帶掩膜板的常規光刻機，也包括本發明所用的無掩模光刻機，還包括納米壓印技術。該方法可以制備多種微納器件，應用范圍較廣。但是電子束光刻具有1)中所述的一些缺點；而帶掩膜板的常規光刻機因為曝光圖形的不同就需要不同的掩膜板，因而使用成本較高；納米壓印技術可以重復性地在大面積上制備納米圖形結構，還有制作成本極低、簡單易行、效率高等優點，然而該方法需要高質量的壓印光刻模版以及昂貴的模板缺陷檢查工具，還需要其他工具實現電路各層之間的對準，實現起來難度較大。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種新的成本較低的原位微納器件的構建方法，這種方法既避免了電子束光刻對器件的損傷和制備速度慢的缺點，也避免了使用成本較高數量較多的掩膜板，方法簡單易操作，且能保證電極間的通道為納米材料，特別適合于微納原型器件的制備。

本發明提供的技術方案為一種微納器件的原位構建方法，包括以下步驟：

(6)將納米材料分布在襯底基片上；

(7)在基片上涂膠，包括勻膠；

(8)運用無掩模光刻機的顯微系統查找納米材料的位置，再運用無掩模光刻機原位設計待曝光電極的圖形，使納米材料連接于電極圖形之間；

(9)運用無掩模光刻機原位曝光，然后顯影、定影；

(10)在基片上沉積金屬電極層、剝離，最后得到納米材料連接于電極之間并位于電極之下的微納器件(如圖1所示)。

上述步驟(1)所述的納米材料為能夠制備的納米材料，包括零維納米材料、一維納米材料、二維納米材料或復合結構的納米體系；其中，復合結構的納米體系包括Y形、多角狀納米材料、多元納米體系以及其它復合體系。

所述的納米材料也可以是無機的納米材料，也可以是有機的納米材料或生物納米材料；可以是單個的納米材料，也可以是多個的納米材料；納米材料的特征尺度在1納米-1厘米之間。

上述步驟(1)所述的納米材料在襯底基片上的分散，可以是首先利用超聲的方法將納米材料均勻分散入相應的溶液，例如乙醇溶液，然后使用滴定管將溶液分散在襯底基片上，也可是將溶液使用旋涂的方法，還可以是將溶液使用噴涂的方法，使溶液分散在襯底基片上，待溶液揮發后形成納米材料在襯底基片上的分散。還可以采用微流體(microfluidic)的方法按實際需要將納米材料分布在襯底基片上，也可以采用原子力顯微鏡AFM的探針或其它種類的探針移動納米材料，使納米材料按目的要求分布在襯底基片上，更可以采用鑷子等手段直接將所選材料分布或放在襯底基片上。

上述步驟(3)所述的電極是在基片的絕緣層上制備的，基片的絕緣層為絕緣材料，包括SiO₂、玻璃及高介電材料；其中高介電材料包括Si₃N₄、Al₂O₃、HfO₂、Y₂O₃、La₂O₃、Ta₂O₅、TiO₂、LaAlO₃中的至少一種；絕緣層厚度為1納米-10厘米。

所述的無掩模光刻機是原位構建微納器件的關鍵性設備。