[發(fā)明專利]一種金屬材料小尖端曲率半徑納米針尖的制備方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210575413.3
• 申請(qǐng)日: 2012-12-26
• 公開（公告）號(hào): CN103011071A
• 公開（公告）日: 2013-04-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 萬能;徐濤;梅森;艾博;孫俊;孫立濤
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號(hào): B82B3/00
• 分類號(hào): B82B3/00;B82Y40/00
• 代理公司: 南京蘇高專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于微電子學(xué)和信息電子學(xué)中先進(jìn)微納材料制備的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種金屬材料小尖端曲率半徑納米針尖的制備方法。

背景技術(shù)

應(yīng)用于半導(dǎo)體材料和器件研究的小尖端曲率半徑針尖結(jié)構(gòu)指針狀結(jié)構(gòu)的尖端曲率半徑小于100?納米的結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)可以用于納米尺度半導(dǎo)體器件或材料的性能測(cè)試方面，比如原子力顯微鏡的探針，原位電子顯微鏡力-電特性測(cè)試的探針，以及微納加工中的機(jī)械手尖端。由于微納結(jié)構(gòu)所具有的最大特征就是尺度小、結(jié)構(gòu)脆弱，而常規(guī)的大尺度機(jī)械手和探針尖端尺度都在微米級(jí)別以上，使用常規(guī)的手段無法對(duì)小尺度的微納結(jié)構(gòu)進(jìn)行直接測(cè)試，因此對(duì)微納結(jié)構(gòu)的直接、有效地操縱和測(cè)試需要本發(fā)明所述的小尖端曲率半徑針尖結(jié)構(gòu)。

雖然小尖端曲率半徑針尖結(jié)構(gòu)的制備已經(jīng)有較多的人進(jìn)行了研究，但是目前研究的結(jié)果集中在少數(shù)幾種材料，比如使用電化學(xué)腐蝕的方法制備的金屬鎢、銅和鋁針尖。目前電化學(xué)腐蝕的方法可以得到尖端曲率半徑很小的（小于10納米）針尖，并且重復(fù)性比較好。一般的實(shí)驗(yàn)室使用簡單的電化學(xué)腐蝕就可以得到較好的針尖結(jié)構(gòu)。但是其缺陷在于只能制備少數(shù)幾種針尖結(jié)構(gòu)。對(duì)于難腐蝕金屬或某些半導(dǎo)體材料比如金、鉑、鈀等貴金屬材料目前一般采用機(jī)械切削的辦法，也即使用特殊的工具斜切金屬絲以期得到一個(gè)斜口的尖端結(jié)構(gòu)。這種方法成功率通常比較差，所得到的金屬針尖也難以具有小的曲率半徑，因此難以滿足某些實(shí)驗(yàn)的需要。然而，由于貴金屬材料所特有的抗氧化能力，高功函數(shù)和與半導(dǎo)體材料的良好電接觸特性，使用貴金屬材料的針尖通常成為很多器件和材料測(cè)試的首選。另外，對(duì)于磁性特性的測(cè)試，金屬鈷、鐵通常是首選的金屬材料。因此，在目前情況下，找到一種方面、快捷、低成本的制備不同金屬材料的小尖端曲率半徑針尖的方法是一個(gè)具有顯著現(xiàn)實(shí)意義的問題。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中小尖端曲率半徑針尖結(jié)構(gòu)的制備只能針對(duì)少數(shù)幾種材料的缺陷，提供一種可以制備不同的金屬材料小尖端曲率半徑納米針尖的制備方法。

技術(shù)方案：為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的金屬材料小尖端曲率半徑納米針尖的制備方法采用如下技術(shù)方案：

一種金屬材料小尖端曲率半徑納米針尖的制備方法，包括以下步驟：

1）、使用陽極電化學(xué)腐蝕的方法制備模板針尖，所述模板針尖為小尖端曲率半徑針尖；

2）、將步驟1）的模板針尖用去離子水清洗去除模板針尖表面的殘留腐蝕液，晾干；

3）、將步驟2）得到的模板針尖固定在薄膜制備設(shè)備的襯底一側(cè)，使模板針尖的尖端的朝向與蒸發(fā)源或?yàn)R射源的擴(kuò)散方向相對(duì)；

4）、啟動(dòng)薄膜制備設(shè)備在模板針尖的表面進(jìn)行金屬材料的淀積，在模板針尖的表面得到一層金屬層；

5）、金屬材料淀積結(jié)束，得到制備好的金屬針尖。

優(yōu)選的，所述模板針尖的材料為鋁、銅或鎢。由于鎢針尖的制備比較容易，成功率也比較高，因此通常可以使用鎢金屬來制備。

優(yōu)選的，步驟4）中所述金屬層的厚度為5-20納米。

優(yōu)選的，所述濺射或蒸發(fā)薄膜制備設(shè)備為蒸發(fā)儀、濺射儀、分子束外延設(shè)備或者原子層沉積設(shè)備。

優(yōu)選的，所述金屬材料為金、鉑、鈀、銀、鈷或鐵。

有益效果：本發(fā)明的金屬材料小尖端曲率半徑納米針尖的制備方法使用電化學(xué)腐蝕制備得到的小尖端曲率半徑針尖為模板針尖，結(jié)合在模板針尖的前端使用濺射或蒸發(fā)方法淀積所需要的金屬材料，利用材料淀積所特有的陰影效應(yīng)在模板針尖上制備各種不同的金屬材料，以得到不同金屬材料的針尖結(jié)構(gòu)。其優(yōu)點(diǎn)是得到的針尖的質(zhì)量好，純度較高，成本低，適合于大批量制備，而且所需要的設(shè)備簡單，成本低廉，操作方便，重復(fù)性好。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的金屬材料小尖端曲率半徑納米針尖的制備方法的原理示意圖，圖中A為蒸發(fā)源，B指示出蒸發(fā)源的擴(kuò)散方向，C為作為模板的金屬針尖，D為在模板針尖的尖端制備的金屬針尖結(jié)構(gòu)；

圖2為陽極電化學(xué)腐蝕方法制備的鎢模板針尖的掃描電鏡（SEM）照片；

圖3為陽極電化學(xué)腐蝕方法制備的銅模板針尖的掃描電鏡（SEM）照片；

圖4為陽極電化學(xué)腐蝕方法制備的鋁模板針尖的掃描電鏡（SEM）照片；

圖5利用本發(fā)明的金屬材料小尖端曲率半徑納米針尖的制備方法制備得到的鈀針尖的透射電鏡照片；

圖6利用本發(fā)明的金屬材料小尖端曲率半徑納米針尖的制備方法制備得到的鈀針尖的局部放大圖；

圖7利用本發(fā)明的金屬材料小尖端曲率半徑納米針尖的制備方法制備得到的鈀針尖的電子衍射圖；