[發(fā)明專利]利用雙材料微懸臂實現(xiàn)連續(xù)變化納米間隙的芯片及制備方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 201610203656.2
• 申請日: 2016-03-31
• 公開（公告）號: CN105742496A
• 公開（公告）日: 2016-07-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 向東;趙智凱;王璐;王玲;梅婷婷;倪立發(fā)
• 申請（專利權(quán)）人: 南開大學(xué)
• 主分類號: H01L51/00
• 分類號: H01L51/00;B82Y10/00
• 代理公司: 天津佳盟知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 12002
• 代理人: 侯力

1.一種利用雙材料微懸臂實現(xiàn)連續(xù)變化納米間隙的芯片，其特征在于，該芯片依次包括二氧化硅基底(1)、絕緣層(5)、左側(cè)金薄膜層(3)、右側(cè)金薄膜層(8)，氮化硅薄膜層(6)和納米間隙(10)；所述二氧化硅基底(1)，用于作為襯底和犧牲層，在其上形成各種薄膜，最后被刻蝕形成凹陷結(jié)構(gòu)；所述左側(cè)金薄膜層(3)和右側(cè)金薄膜層(8)分別位于左側(cè)二氧化硅基底(1)上和右側(cè)氮化硅薄膜層(6)上，分別用于擔(dān)當(dāng)兩側(cè)的電極；所述絕緣層(5)位于右側(cè)二氧化硅基底(1)上和氮化硅薄膜層(6)下，用于隔離兩側(cè)的電極，并使兩側(cè)的電極之間形成納米間隙(10)；所述氮化硅薄膜層(6)位于右側(cè)絕緣層(5)上，與右側(cè)金薄膜層(8)形成右側(cè)雙材料微懸臂電極，并響應(yīng)溫度造成納米間隙(10)大小變化；所述納米間隙(10)，用于構(gòu)筑分子結(jié)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用雙材料微懸臂實現(xiàn)連續(xù)變化納米間隙的芯片，其特征在于，所述的納米間隙(10)可連續(xù)微小變化，氮化硅薄膜層(6)與右側(cè)金薄膜層(8)形成雙材料電極，可隨溫度發(fā)生形變，其中，氮化硅的熱膨脹系數(shù)為2.3*10^-6，金的熱膨脹系數(shù)為14.2*10^-6，可見，金的熱膨脹系數(shù)大于氮化硅的熱膨脹系數(shù)，溫度變化時，熱膨脹系數(shù)大的材料膨脹程度大，故微懸臂會向熱膨脹系數(shù)小的氮化硅薄膜層(6)一方發(fā)生彎曲，使得兩電極納米間隙(10)發(fā)生微小的連續(xù)變化，而且這種變化是可逆的，可以通過升高溫度減小間隙，也可以通過降低溫度增加間隙。

3.一種權(quán)利要求1所述利用雙材料微懸臂實現(xiàn)連續(xù)變化納米間隙的芯片的應(yīng)用，其特征在于，所述芯片處于不同的溫度狀態(tài)時，雙材料微懸臂的彎曲程度不同，納米間隙(10)大小不同，納米間隙(10)可用于耦合單分子，芯片用作于測量單分子的電學(xué)特性的平臺。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的應(yīng)用，其特征在于，所述納米間隙(10)的大小決定了耦合分子的數(shù)目，電學(xué)特性也會不同，將雙材料微懸臂設(shè)計為陣列形式，可分析溫度場或光場性質(zhì)。

5.一種權(quán)利要求1所述芯片的制備方法，其特征在于，該方法包括如下步驟：

第1、在80-100微米厚度的二氧化硅基底(1)上涂覆一層光刻膠(2)；

第2、經(jīng)紫外光曝光顯影形成刻蝕窗圖形，然后用等離子刻蝕法刻蝕，在二氧化硅基底(1)上左側(cè)刻蝕出相對于基底一半的刻蝕窗；

第3、用電子束蒸鍍儀同時蒸鍍左側(cè)二氧化硅基底(1)上的左側(cè)金薄膜層(3)和右側(cè)光刻膠(2)上的金薄膜層(4)；

第4、揭去光刻膠(2)，其上的金薄膜層(4)會連帶地被揭去；

第5、通過原子層沉積形成厚度相當(dāng)于一個原子尺寸的氧化鋁薄膜絕緣層(5)；

第6、在絕緣層(5)上涂覆一層光刻膠(2)；

第7、用電子束刻寫的方法刻蝕光刻膠(2)，形成一端窄一端寬的電極形狀；

第8、使用低壓氣相化學(xué)沉積或等離子增強化學(xué)沉積的方法同時沉積氮化硅薄膜層(6)和氮化硅薄膜層(7)；

第9、用電子束蒸鍍儀同時蒸鍍右側(cè)金薄膜層(8)和金薄膜層(9)；

第10、揭去光刻膠(2)，其上的金薄膜層(9)和氮化硅薄膜層(7)會連帶地被揭去，剩下的右側(cè)金薄膜層(8)和氮化硅薄膜層(6)形成雙材料的電極；

第11、緩沖氧化物刻蝕法刻蝕絕緣層(5)，用H₃PO₄緩沖液刻蝕氧化鋁薄膜，形成納米間隙(10)；

第12、緩沖氧化物刻蝕法刻蝕二氧化硅基底(1)，用HF緩沖溶液刻蝕基底，使電極底呈現(xiàn)鏤空的狀態(tài)，形成微懸臂。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于，所述納米間隙(10)不是由電子束刻蝕電極形狀產(chǎn)生，而是通過刻蝕絕緣層(5)產(chǎn)生，原子層沉積形成厚度相當(dāng)于一個原子尺寸的氧化鋁薄膜絕緣層(5)，在后續(xù)步驟中被刻蝕，留下原子尺寸的納米間隙(10)。

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于，所述電極一端窄，采用緩沖氧化物刻蝕法刻蝕二氧化硅基底(1)時，窄電極下面的二氧化硅可被刻蝕掉，形成懸空的電極。