[發明專利]一種制備懸浮納米結構的方法

有效

• 申請號: 201110106827.7
• 申請日: 2011-04-27
• 公開（公告）號: CN102241390A
• 公開（公告）日: 2011-11-16
• 發明（設計）人: 李燦;吳文剛;丁珂;徐軍;郝一龍;王陽元
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: B82B3/00
• 分類號: B82B3/00;B82Y40/00
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 關暢

技術領域

本發明涉及一種制備懸浮納米結構的方法。

背景技術

聚焦離子束(Focused?Ion?Beam，FIB)是一種靈活的微納米加工方法，可原位加工納米尺度的結構，加工方法包括對目標材料的局部精確刻蝕和淀積，加工的同時還可在片顯微觀察，可廣泛應用在微納加工以及集成電路測試領域。

懸浮的納米結構作為微/納機電系統中的關鍵結構，可用于多種傳感器、執行期領域。如其中納米弦是一種懸浮的納米線結構，而納米線是指兩個維度的尺度被限制到100nm以下的一種一維納米結構，這種一維納米結構表現出很多新奇的特性，從而在制作新型微電子器件和納機電系統方面有巨大潛力。現有納米線的制備方法主要為一些“自下而上”的方法，如使用氣相的氣-液-固(Vapor-Liquid-Solid，VLS)生長法、汽-固(Vapor-Solid，VS)生長法以及自催化氣-液-固(self-catalytic?VLS)生長法，使用液相的“毒化”鏡面控制生長法、溶液-液-固(Solution-Liquid-Solid，SLS)生長法和一系列的模板生長法，這些方法雖便于大量的加工，但是很難實現納米線的精確控制和排布。

傳統的使用聚焦離子束加工納米結構的方法屬于“自上而下”路線，通過聚焦離子束精細的操作通過刻蝕或者淀積的方法直寫出線條。這種方法受限于儀器的操作精度，需要精準的操作和豐富的經驗，分辨率往往止步于百納米，且表面較粗糙。另外，由于使用直接使用聚焦離子束加工時會受其引入應力和液化的影響，尤其在尺度減小到達納米尺度后該影響使直接加工不可控。

發明內容

本發明的目的是提供一種制備納米弦的方法。

本發明提供的制備懸浮納米結構(也即線形、紡錘形或針尖對形的懸浮納米結構)的方法，包括如下步驟：用聚焦離子束掃描兩端固定在保護層上的懸臂梁，得到所述懸浮納米結構。

上述方法中，所述保護層可按照包括如下步驟的方法制備而得：1)在襯底的正反兩面各制備一層納米結構材料層及位于所述納米結構材料層之上的保護層；

2)對所述步驟1)所得納米結構材料層進行圖形化，并使所述步驟1)所得納米結構材料層的區域懸空，得到所述兩端固定在所述保護層上的懸臂梁。

上述方法中，構成所述襯底的材料為硅；構成所述納米結構材料層的材料為單晶材料、多晶材料、無定形材料或金屬材料；各種常用的單晶材料、多晶材料、無定形材料或金屬材料均適用于本方法，優選的，所述單晶材料為單晶硅；所述多晶材料為多晶硅；所述無定形材料為無定形氮化硅或無定形氧化硅，所述金屬材料選自鋁和金中的至少一種；構成所述保護層的材料為氮化硅；所述納米結構材料層的厚度為50-200納米，優選100納米，所述保護層的厚度為50-500納米，優選100納米。所述制備納米結構材料層的方法為各種常用的化學氣相淀積、濺射法或蒸發法。

所述使所述步驟1)所得納米結構材料層的區域懸空的方法為各種常規方法，如可使用犧牲層或制備背腔；其中，所述使用犧牲層的方法包括如下步驟：以正面圖形化的納米結構材料層為掩膜，對所述襯底和所述掩膜進行各向異性刻蝕，再進行各向同性刻蝕；所述制備背腔的方法包括如下步驟：用背面光刻的方法定義背腔圖形，再利用反應離子刻蝕方法刻蝕所述背面圖形，再用氫氧化鉀的水溶液等常規腐蝕液腐蝕所述襯底即得。該步驟中，所述圖形化的方法為各種常規圖形化方法，如可為光刻后使用光刻膠做掩膜刻蝕或者剝離。

制備所述懸浮納米結構的形狀為線形的方法中，所述用聚焦離子束掃描兩端固定在保護層上的懸臂梁步驟中，所述懸臂梁的厚度為20-300納米，優選100納米，所述加速電壓為15KeV-30KeV，優選30keV，所述轟擊束流密度為5×10¹⁶ion·cm^-2·s^-1-5×10¹⁷ion·cm^-2·s^-1，優選3.1×10¹⁷ion/cm·s，所述掃描時間為1秒-60秒，優選17秒。