[發(fā)明專利]一種基于脊形電極結(jié)構(gòu)的納米線排列與定位方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210391210.9
• 申請日: 2012-10-01
• 公開（公告）號: CN103708411A
• 公開（公告）日: 2014-04-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 黃輝;渠波;劉蓬勃
• 申請（專利權(quán)）人: 黃輝;渠波;劉蓬勃
• 主分類號: B81C1/00
• 分類號: B81C1/00;B81B7/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種納米線的排列與定位方法，可用于納米線器件的制備。

背景技術(shù)

納米技術(shù)被認為是21世紀(jì)的三大科學(xué)技術(shù)之一。其中，半導(dǎo)體納米線由于其獨特的一維量子結(jié)構(gòu)，被認為是未來微納器件的基本結(jié)構(gòu)[Mater.Today，9(2006)18-27]。近年來，半導(dǎo)體納米線的研究工作取得很大進展，其應(yīng)用領(lǐng)域包括集成電路[Nature，470(2011)240-244]、晶體管[Nano?Letters，8(2008)925-930]、激光器[Science，292(2001)1897-1899]、生物傳感器[Analytical?Chemistry，83(2011)1938-1943]、發(fā)光二極管[Nano?Letters，6(2006)1719-1722]、以及太陽能電池[NanoLett.，10(2010)1082-1087]等。

盡管半導(dǎo)體納米線具有很重要的應(yīng)用前景，但是納米線器件的實用化和產(chǎn)業(yè)化還亟需解決一系列問題，其中的關(guān)鍵問題是如何針對極其纖細(直徑細至幾個納米)的納米線進行操控、組裝和加工。

為此，人們發(fā)明了各種排列和組裝納米線的方法，包括：利用分子間的氫鍵和范德瓦爾斯力排列納米線[Adv.Mater.13(2001)249]，利用電場力排列納米線[Nat.Nanotechnol.5(2010)，525]，利用剪切力排列納米線[Science?291(2001)630；Nano?Lett.7(2007)773]，利用磁力排列納米線[Chem.Mater.17(2005)1320]等。

上述的排列方法中，只有電場力排列有可能實現(xiàn)將納米線精確固定于特定位置。但是，目前的電場力排列方法都是采用平面電極結(jié)構(gòu)，為了實現(xiàn)精確定位，電極的寬度必須接近或小于納米線的直徑。制備納米尺度的電極，需要使用昂貴的電子束光刻設(shè)備；而且施加在電極上的電壓可導(dǎo)致?lián)舸┥踔翐p壞納米線。因此研發(fā)簡易、安全的納米線精確定位技術(shù)，是本發(fā)明的創(chuàng)研動機。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在解決納米線的精確定位問題，提出了“一種基于脊形電極結(jié)構(gòu)的納米線排列與定位方法”；與傳統(tǒng)的平面電極不同，本發(fā)明通過脊形電極結(jié)構(gòu)來精確控制納米線的排列位置，具有工藝簡單、適合規(guī)模化制備的特點。

發(fā)明人對半導(dǎo)體納米線和半導(dǎo)體刻蝕工藝有著深入的研究[Nano?Letters，10(2010)64；J.Vacuum?Science?and?Technology?B，23(2005)1650]，從而啟發(fā)了本發(fā)明的產(chǎn)生。本發(fā)明可以按以下方式實現(xiàn)：

首先，在襯底表面制備出細長的脊形結(jié)構(gòu)，其長度L接近或大于納米線的長度，其高度為H(圖1所示)；

接著，通過鍍膜和光刻工藝，在脊形結(jié)構(gòu)的兩端分別制備兩個電極，該電極橫跨脊形結(jié)構(gòu)(圖2所示)；

然后，通過涂膠工藝，在襯底表面覆蓋一層膠；由于膠具有流動性，會使得襯底表面平坦化，因此脊形結(jié)構(gòu)頂部的膠比其他部位的膠更薄(圖3所示)；

最后，在脊形結(jié)構(gòu)兩端的電極上施加電場；當(dāng)含有納米線的液體接觸襯底表面時，由于脊形結(jié)構(gòu)頂部的膠最薄、電場最強，因此溶液中的納米線會被吸附并定位在脊形結(jié)構(gòu)的頂部，實現(xiàn)納米線的精確定位(圖4所示)。

本發(fā)明中，脊形結(jié)構(gòu)頂部的電極和納米線之問未直接接觸，可以有效避免納米線被兩個電極之間的電場擊穿(圖4所示)。

本發(fā)明中，也可以通過刻蝕等工藝，除去圖3中的脊形結(jié)構(gòu)頂部的膠體，從而讓頂部的電極露出(圖5所示)，則納米線可以直接吸附在頂部電極表面。

本發(fā)明中脊形結(jié)構(gòu)的制備，可以利用光刻和腐蝕工藝，在襯底表面形成條狀的掩模(圖6所示)，然后通過腐蝕形成(圖7所示)，其截面形狀可以是梯形或矩形。

本發(fā)明中脊形結(jié)構(gòu)的截面形狀，可以通過延長腐蝕的時間，從梯形變?yōu)殄F形(圖8所示)；因此通過控制腐蝕時間，脊形結(jié)構(gòu)頂端的寬度可以達到納米尺度，用于精確定位納米線。

本發(fā)明中的脊形結(jié)構(gòu)，如果是在單晶硅襯底上通過濕法腐蝕制備，脊形結(jié)構(gòu)的側(cè)壁可以由{110}或{111}等晶面構(gòu)成；這些晶面形成的錐形尖端可以達到納米級尺度(Sensors?and?Actuators?A，116(2004)264)。

本發(fā)明中的脊形結(jié)構(gòu)可以是分段的，即可以除去脊形結(jié)構(gòu)的中間部分；當(dāng)納米線被固定在脊形結(jié)構(gòu)頂端時，納米線的中間部分懸空、可以移動(圖9所示)，因此可以用于制備納米線位移傳感器。