[發明專利]一種自掩模單結多端三維納米結構的制備方法

有效

• 申請號: 201110008336.9
• 申請日: 2011-01-14
• 公開（公告）號: CN102092675A
• 公開（公告）日: 2011-06-15
• 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: B81C1/00
• 分類號: B81C1/00;B82Y40/00
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 周國城

技術領域

本發明涉及納米結構制備技術領域，是一種自掩模單結多端三維納米結構的制備方法，特別是一種基于薄膜材料、自由站立的納米圖形以及離子束輻照的自掩模刻蝕形成的單結多端三維功能納米結構的方法。

背景技術

過去幾十年的發展經歷表明，微電子領域器件集成的發展很快就會達到物理及/或經濟上的極限。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，并替代傳統的硅器件的終極目標。為了突破傳統的微電子集成工藝的極限，大量的科研工作者已投入越來越多的人力物力來研究新材料，先進的工藝技術與新器件類型。過去的十多年里，納米科技的快速發展使得人們能夠生長形貌豐富的功能獨特的各種納米材料，為器件新奇物性研究提供了基礎與機遇。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。為實現器件與電路的高集成度與多功能化，研究人員們不斷地合成出形貌豐富的無序或有序排列的自由站立的三維納米材料。三維結構不僅具有幾何結構的豐富性，機械性能的可調制性，其自身就具有一定的功能，是納米器件高密度多功能集成的關鍵，是納米材料與器件發展的方向與必然。然而納米材料的有序程度以及空間分布的有效控制，納米材料形貌以及尺寸的均勻性與一致性問題，以及怎樣實現這些材料的空間電極的有效制備問題都是這些材料在新型器件應用中必須的且亟待解決的技術問題。

目前采用的三維納米材料制備方法包括模板生長法。如在文獻“Microstructural?effects?on?the?magnetic?and?magneto-transportproperties?of?electrodeposited?Ni?nanowire?arrays”《Nanotechnology》，2010，Vol.21：425602中，采用陽極氧化鋁為模板，通過電化學沉積或化學氣象沉積等方法實現模板內Ni納米線的填充。此方法能實現材料的有序生長，不同材料的生長，但其不足在于生長的納米材料無法直接用于邏輯功能器件的制備，對單個納米材料的物性測量，需經歷提取-分散-轉移以及電極制備等工藝部驟，模板溶解后的材料雜亂無章，不能實現三維器件的制備。非模板法中的材料生長方法可通過生長條件與工藝過程實現多端納米材料的生長。如在文獻“Vapour-phase?growth，purification?and?large-area?deposition?ofZnO?tetrapod?nanostructures”.《Cryst.Res.Technol.》，2010，Vol.45：中，為實現高效率的統一形貌的ZnO四臂納米晶的生長，通過對傳統氣相沉積工藝的優化，得到形貌基本一致的四臂納米晶，然后通過真空快速熱退火-氧氣環境中的高溫退火-液態溶解處理步驟來提純材料。最后通過極化溶液下的懸浮分層方法將不同尺寸的四臂納米晶進行分散分離，以獲得尺寸均勻的多端納米材料。此方法工藝復雜，在三維納米器件應用中的不足之處還包括：(1)獲得的納米材料空間位置的分布仍然無法控制；(2)仍存在材料尺寸與化學組分的均勻性問題，無法獲得一致的器件特性，從而很難用于可編程的邏輯功能器件與電路的制備；(3)存在納米材料與支撐襯底間的牢固性與機械性能穩定性等問題。另外一種可以克服上述某些不足的三維納米材料的制備方法是基于聚焦離子束直寫技術。采用此工藝可生長任意幾何形貌的三維納米材料，并實現空間與平面內分布的高可控性。但此工藝中可用的氣態分子源的種類非常有限，限制了可生長的材料種類，無法滿足多功能器件的制備。

發明內容

本發明的目的是克服現有納米材料制備技術中存在的缺陷，提供一種自掩模單結多端三維納米結構的制備方法，在制備中，位置，結構與尺寸精確可控，三維納米結構的物性與機械性能均勻可靠，為納米器件物性的穩定，集成度的提高以及與多功能混合集成提供了新的技術途徑。

為達到上述目的，本發明的技術解決方案是：

一種自掩模單結多端三維納米結構的制備方法，其包括下列步驟：

(1)襯底上功能薄膜材料的生長：使用化學氣相沉積(CVD)、等離子體增強化學氣相沉積(PECVD)、等離子體激光沉積(PLD)、金屬有機物化學氣相沉積(MOCVD)、低壓化學氣相沉積(LPCVD)、分子束外延(MBE)、電子束蒸發、熱蒸發、濺射、電鍍，旋轉敷涂其中之一或組合的方法，在導體，半導體或電介質薄膜材料上生長；

(2)功能薄膜材料上自掩模微納米材料的生長：