[發明專利]一種三維微納米結構的組裝方法

有效

• 申請號: 201310089315.3
• 申請日: 2013-03-20
• 公開（公告）號: CN103193196A
• 公開（公告）日: 2013-07-10
• 發明（設計）人: 吳文剛;王志強;李燦;毛逸飛;趙路睿
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: B81C1/00
• 分類號: B81C1/00;B82Y40/00
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 徐寧;關暢

技術領域

本發明涉及一種三維微納米（三維微米或三維納米，以下相同，不再贅述）結構的組裝方法，特別是關于一種利用聚焦離子束致懸浮結構向下彎曲原理進行的三維微納米結構的組裝方法。

背景技術

一般聚焦離子束（Focused?Ion?Beam,簡稱FIB）是一種自頂向下（Top-Down）的微納米加工方法。傳統的基于聚焦離子束的加工方法利用高能粒子跟目標材料的相互作用，產生濺射、淀積等效應，從而精確控制刻蝕和淀積。在加工過程中，系統可以同時使用掃描電子顯微鏡（Scanning?Electron?Microscopy,簡稱SEM）進行原位觀察。其高的加工精度和方便的原位觀察的特性使其廣泛應用在微納米加工以及集成電路測試領域。

三維納米加工技術是納機電系統（Nano-Electromechanical?Systems,簡稱NEMS）的重要基礎技術，也是未來微電子技術的發展方向之一。目前組裝三維納米結構通常的手段包括利用氣囊、磁、熱、化學、液體表面張力、生物力等方法。但已有三維納米加工技術的組裝方法不但很難實現多種多樣結構的三維組裝，縮小三維納米加工的自由度，而且對導致懸臂梁彎曲的螺旋參數調整、螺旋的定位和測量有著較大的難度。

發明內容

針對上述問題，本發明方法是基于聚焦離子束能夠使懸浮的微米納米結構可控雙向彎曲這一現象，利用這一現象制備向下彎曲的納米螺旋、納米管、折線、正弦線、發條等結構的三維微納米結構的組裝方法。

為實現上述目的，本發明采取以下技術方案：一種三維微納米結構的組裝方法，包括如下步驟：1）采用常規微機電系統工藝方法、納機電系統工藝方法和聚焦離子束與微機電系統/納機電系統結合中的一種工藝方法中制作一端是自由端，另一端是固定端的懸臂梁結構；2）從懸臂梁的自由端到固定端以均勻間距為標準，依次在懸臂梁上通過離子刻蝕的方式設置刻蝕區域；3）確定控制聚焦離子束的注入劑量，確定與結構彎曲的角度現有的聚焦離子束掃描傾斜的角度，確定與懸臂梁上設置刻蝕區域現有的聚焦離子束掃描的間距；4）從懸臂梁的自由端第一個刻蝕區域開始依次用聚焦離子束對各刻蝕區域進行刻蝕，使整個懸臂梁形成向下卷曲的螺旋、折疊、正弦形、發條等結構。

所述懸臂梁材料為多種單晶、多晶、無定形和金屬材料中的一種。

所述懸臂梁材料為鋁。

所述懸臂梁的厚度為80-200納米。

所述懸臂梁的厚度為100納米。

所述離子束能量為15keV-30keV。

所述離子束能量為30keV。

本發明由于采取以上技術方案，其具有以下優點：1、本發明利用聚焦離子束對目標材料表面進行的損傷，從而引入表面應力，在表面應力的作用下，通過控制懸浮結構的離面運動，控制離子入射劑量，來控制引入應力的大小和正負，使其成為張應力或壓應力，從而實現懸浮結構可控的背向離子束方向彎曲（即向下彎曲）或面向離子束方向彎曲（即向上彎曲）。2、本發明利用FIB致向下彎曲特性，依次選擇不同的刻蝕位置以及不同的注入劑量，可以使懸臂梁依次彎曲，擴大了三維加工的自由度，實現了多種多樣結構的三維組裝，比如向下彎曲的納米螺旋、納米管、折疊、正弦形、發條等結構。3、本發明由于采用向下彎曲的加工方法，因此可以形成多種多樣的結構，相比于向上彎曲結構，它具有不受向上結構的阻擋，使得FIB三維加工技術具有更高的靈活性。4、本發明懸臂梁向下彎曲與懸臂梁向上彎曲相比，離子輻照區域的損傷更小。5、本發明向下彎曲結構可以得到更小的螺距和螺徑，而且可以在同一根懸臂梁上同時加工出兩種旋轉方向的螺旋。本發明可以廣泛用于納米螺旋、納米管、折疊、正弦形、發條等結構的制作過程中。

附圖說明

圖1(a)是本發明低壓化學氣相沉積金屬膜示意圖；圖1(b)是本發明刻蝕硅示意圖；圖1(c)是本發明制作懸臂梁示意圖

圖2（a）是本發明加工懸臂梁的示意圖；圖2（b）是本發明懸臂梁參數示意圖；圖2（c）是本發明懸臂梁彎曲示意圖

圖3a是本發明致向上彎曲的螺旋示意圖；圖3b是本發明致向下彎曲的螺旋示意圖；圖3c是本發明致向下彎曲的小螺距和小半徑示意圖；圖3d是本發明致向下彎曲的螺旋管示意圖

圖4是本發明從徑向觀察制得的向下彎曲螺旋的電鏡圖

圖5是圖4展開的螺旋結構電鏡圖

圖6是本發明致向下彎曲螺旋制得的納米管電鏡圖

圖7是本發明將向上、向下彎曲結合在同一個螺旋中電鏡圖