[發明專利]一種用于微納材料的尺寸縮減方法及電極制作方法

無效

• 申請號: 201010259775.2
• 申請日: 2010-08-20
• 公開（公告）號: CN101966977A
• 公開（公告）日: 2011-02-09
• 發明（設計）人: 李無瑕;顧長志;崔阿娟
• 申請（專利權）人: 中國科學院物理研究所
• 主分類號: B82B3/00
• 分類號: B82B3/00
• 代理公司: 北京泛華偉業知識產權代理有限公司 11280
• 代理人: 王勇

技術領域

本發明屬于材料微加工領域，尤其涉及基于聚焦離子束(FIB)低束流掃描刻蝕的用于微納材料的尺寸縮減方法及電極制作方法。

背景技術

納米電子器件是繼微電子器件之后的下一代固體電子器件，其發展目標是克服突破微電子領域器件集成發展很快就會達到的物理及/或經濟上的極限；其主要思想是基于納米功能材料的量子效應來設計并制備納米量子器件，以達到將集成電路進一步減小、替代傳統的硅器件的終極目標。

一維/準一維納米材料由于其獨特的物理特性以及其在電子、光子及生物傳感等納米器件上的應用而備受關注。隨著電子器件尺寸朝著小尺度、低維度方向的發展，研究人員們不斷地合成出形貌豐富的納米材料。然而，有些材料尺度受生長合成技術特點的約束，無法達到真正的準一維/一維尺寸，因此，這就需要人們在不改變微納材料原始空間布局的情況下，通過空間納米加工，將這些材料進行縮減，從而對其量子效應與尺寸效應進行研究。

在現有研究中，通常采用反應離子刻蝕(RIE)及離子束正向刻蝕處理方法，對位于襯底平面內的納米材料進行整體尺寸縮減，例如參見文獻“Size?Dependent?Breakdown?of?Superconductivity?in?Ultranarrow?Nanowi?res”(《Nano.Lett.》2005，Vol.5：1029)和“Superconducting?transition?in?Nb?nanowires?fabricated?using?focused?ion?beam”(《Nanotechnology》，2009，Vol.20：465302)。但隨著科學技術不斷發展，為了更深入地研究某些微小結構的量子效應及尺寸效應，需要單獨對一些所關注的微小材料進行縮減加工，而上述這些傳統的刻蝕工藝根本無法實現這一要求，尤其是對于自由站立的空間微小材料，因此如何單獨對微納材料進行三維尺寸縮減是一個亟待解決的問題。

發明內容

因此，本發明的目的在于解決上述現有技術問題，提供一種微納材料尺寸縮減方法，該方法可較準確地在原子尺度精度下實現對單個材料的尺寸縮減，在不改變微納材料原始空間布局的情況下，實現真正意義上的空間納米加工。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

根據本發明的一個方面，提供一種用于微納材料的尺寸縮減方法，其中，采用FIB低束流掃描刻蝕方法實現尺寸縮減。

在上述方法中，所述FIB低束流掃描刻蝕方法包括如下步驟：

1)將具有微納材料的支撐襯底固定在樣品臺上；

2)獲取微納材料的圖像，并根據該圖像調整微納材料待減薄部分與離子束入射方向之間的夾角，使之位于0到90度之間；

3)以步驟2)所確定的微納材料待減薄部分與離子束的位置，對所述微納材料進行FIB單禎成像，根據該成像結果確定縮減區域；

4)以步驟3)所確定的縮減區域，采用離子束束流小于20pA的離子束刻蝕微納材料。

在上述尺寸縮減方法中，所述步驟2)的夾角在40到90度之間。

在上述尺寸縮減方法中，所述步驟3)還包括根據上述成像結果、通過設備圖形發生器生成離子束掃描區域形狀與面積以及確定縮減區域位置。

在上述尺寸縮減方法中，所述掃描圖形的橫向尺寸比微納材料的橫向尺寸大約大50％-100％。

在上述尺寸縮減方法中，所述成像視場一定包含所述微納材料的待縮減部分，為實現工藝優化，所述掃描圖形被設置為對稱分布在該待縮減部分的兩側。

在上述尺寸縮減方法中，還包括重復步驟2)至4)，以實現材料的分段縮減。

在上述尺寸縮減方法中，所述尺寸縮減方法利用雙束掃描電子顯微鏡/聚焦離子束系統或單束聚焦離子束系統實現。

根據本發明的另一個方面，提供一種電極制作方法，包括以下步驟：

1)采用權利要求1至7之一所述的縮減方法對微納材料進行縮減；

2)制作與該縮減后的微納材料相連的電極接觸塊及連線。

在上述電極制作方法中，所述步驟2)包括：

步驟21)：使縮減后的微納材料與襯底分離，使之著陸于襯底平面；

步驟22)：在襯底平面內制備與微納材料連接的電極接觸塊及連線。

與現有的材料減薄或尺寸縮減工藝相比，本發明的優點在于：

1.可以用來對三維復雜納米結構從不同入射角度、不同部位進行選擇性尺寸縮減，即具有精確的局部定位功能，使多維復雜納米材料與圖形制備成為可能。