[發(fā)明專利]一種自掩模單結(jié)多端三維納米結(jié)構(gòu)的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110008336.9
• 申請(qǐng)日: 2011-01-14
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102092675A
• 公開(kāi)（公告）日: 2011-06-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李無(wú)瑕;顧長(zhǎng)志;崔阿娟
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院物理研究所
• 主分類號(hào): B81C1/00
• 分類號(hào): B81C1/00;B82Y40/00
• 代理公司: 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司 11021
• 代理人: 周國(guó)城

1.一種自掩模單結(jié)多端三維納米結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，包括下列步驟：

1)襯底上功能薄膜材料的生長(zhǎng)：使用化學(xué)氣相沉積、等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積、等離子體激光沉積、金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積、低壓化學(xué)氣相沉積、分子束外延、電子束蒸發(fā)、熱蒸發(fā)、濺射、電鍍，旋轉(zhuǎn)敷涂其中之一或組合的方法，在導(dǎo)體，半導(dǎo)體或電介質(zhì)薄膜材料上生長(zhǎng)；

2)功能薄膜材料上自掩模微納米材料的生長(zhǎng)：

自掩模微納米材料的生長(zhǎng)方法包括兩種：其一是利用聚焦離子束/聚焦電子束直寫(xiě)微納米材料，步驟包括：(i)薄膜樣品的放置與固定；(ii)樣品臺(tái)的調(diào)整；(iii)納米材料直寫(xiě)沉積；其二是通過(guò)圖形轉(zhuǎn)移的方法：用光刻形成抗試劑圖形，然后采用電鍍或氣相沉積方法生長(zhǎng)高高寬比的微納米材料陣列；

3)步驟2)中制備的樣品的放置與固定：

(i)若襯底是具有表面絕緣薄膜層的導(dǎo)電襯底，用導(dǎo)電物質(zhì)將襯底背面固定在樣品托上；若襯底是具有表面導(dǎo)電層的電絕緣襯底，將襯底固定在樣品托上后，再用導(dǎo)電物質(zhì)將樣品表面邊緣與樣品托連接；(ii)將(i)步中固定于樣品托上的樣品放入離子束刻蝕設(shè)備的真空樣品腔內(nèi)的樣品臺(tái)上；

4)基于離子束刻蝕的單結(jié)多端三維納米材料結(jié)構(gòu)的制備：

當(dāng)離子束以一定的傾斜角入射到步驟(3)中固定好的樣品上時(shí)，由于離子束輻照可引起對(duì)功能薄膜材料的刻蝕作用，但位于自由站立的納米材料的離子束投影下的功能薄膜層，在其掩模作用下可避免刻蝕，從而形成襯底平面內(nèi)的功能納米材料圖形結(jié)構(gòu)；

根據(jù)離子源的特征，單結(jié)多端三維納米材料結(jié)構(gòu)制備中使用的離子束設(shè)備為兩種：聚焦離子束系統(tǒng)與寬束離子束系統(tǒng)，對(duì)不同的系統(tǒng)，樣品托的使用與放置以及輻照刻蝕所使用的參數(shù)不同；

使用聚焦離子束刻蝕系統(tǒng)時(shí)，制備過(guò)程包括：(i)樣品臺(tái)位置的調(diào)整；(ii)掃描時(shí)間的設(shè)置與入射離子束束流的選取；(iii)進(jìn)行離子束非?垂直輻照形成單結(jié)雙端納米結(jié)構(gòu)；(iv)對(duì)樣品臺(tái)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)或/與傾斜；(v)通過(guò)多次重復(fù)步驟(iii)與(iv)，獲得單結(jié)多端自由站立的三維納米結(jié)構(gòu)；

使用寬束離子束刻蝕系統(tǒng)時(shí)，采用反應(yīng)離子刻蝕或感應(yīng)耦合等離子體刻蝕，步驟包括：(i)樣品托的選取，(ii)樣品的放置，(iii)刻蝕參數(shù)的設(shè)定，以及(iv)刻蝕形成多端納米結(jié)構(gòu)；

5)對(duì)單結(jié)多端自由站立的三維納米結(jié)構(gòu)的各端分別制備電極：

對(duì)位于襯底平面內(nèi)的納米結(jié)構(gòu)的非公用端，采用電子束光刻相關(guān)工藝，聚焦電子束或離子束誘導(dǎo)的沉積方法形成電極接觸；對(duì)自掩模自由站立微納米材料自由端，通過(guò)SEM或FIB化學(xué)氣相沉積原位形成三維電極接觸與連線；

6)得成品。

2.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述步驟1)中，薄膜材料是單層膜，多層膜或單一襯底結(jié)構(gòu)的單質(zhì)、化合物、混合物以及雜合物材料體系的平面材料或多維圖形結(jié)構(gòu)。

3.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述步驟2)中，利用聚焦離子束/聚焦電子束直寫(xiě)納米材料的方法中，步驟(i)中樣品固定采用具有水平表面或具有一定傾斜角θ的樣品托，傾斜角在0°≤θ≤90°之間；步驟(ii)中樣品臺(tái)的傾斜角度是任意的，F(xiàn)IB離子束入射方向與掩模材料間的夾角范圍為0°＜β＜90°；步驟(iii)中納米材料的直寫(xiě)沉積，是聚焦電子束/離子束誘導(dǎo)的納米材料，或是空間混合納米材料，材料的種類包括金屬，半導(dǎo)體，電介質(zhì)。

4.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述步驟2)中，通過(guò)圖形轉(zhuǎn)移的方法制備自掩模納米材料時(shí)，抗試劑圖形的制備采用光學(xué)或電子束、離子束曝光技術(shù)，制備具有高高寬比的厚膠或多層膠圖形，再用電鍍或氣相沉積或金屬沉積，然后采用剝離工藝，生長(zhǎng)高高寬比的微納米材料陣列。

5.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述步驟3)中，使用的樣品托具有水平表面或具有一定傾斜角，傾斜角角度范圍為0°≤θ≤90°。?