[發明專利]一種單個微納米結構轉移裝置及其轉移方法

有效

• 申請號: 201611019900.6
• 申請日: 2016-11-18
• 公開（公告）號: CN106430084B
• 公開（公告）日: 2017-12-01
• 發明（設計）人: 朱瑞;徐軍;劉亞琪
• 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: 北京萬象新悅知識產權代理事務所(普通合伙)11360
• 代理人: 王巖

技術領域

本發明涉及單個微納米結構的精確定點轉移技術，具體涉及一種單個微納米結構轉移裝置及其轉移方法。

背景技術

微納米尺度下的材料和結構因其獨特的物理化學性能而廣泛應用于信息、能源、環境、生命科學和化工等領域，并且越來越展示出潛在的應用價值。在微納米材料和結構研究中，往往需要觀察和測量單個結構的物理化學特性，例如單根碳納米管或半導體納米線的電子輸運特性，以探索其在微電子器件中的應用，再如單個金屬納米薄片的光學特性，以探索其在基于光學特性的環境或生物傳感器中的應用，以及具有特殊形狀的單個納米結構的電子顯微鏡表征分析等等。此外，目前在宏觀尺度下材料和器件的研究和應用中無法解釋的科學問題或技術難題也需要在微納尺度下尋找原理或解決方法，因此需要將宏觀材料與器件加工至微納米尺度，再通過微觀表征檢測方式對其開展研究。

在微納米材料和結構的加工制備過程中，往往眾多結構混合在一起，比如使用化學氣相沉積法制備納米線或溶液方法生長納米顆粒，通常在毫米尺度的襯底或溶液中集合了數以萬計的微納材料和結構，而無法轉移出單個結構來進行微觀結構和性能觀測；另外，將宏觀尺度下的材料器件加工至微納尺度后，也通常需要將其轉移至觀測儀器中進行研究。目前針對單個微納米結構的轉移通常采用將其稀釋分散在溶液中，再將溶液滴定在所需襯底上的方法，這種一次性批量轉移方法首先無法做到針對特定的微納米結構進行定點轉移，只能從大范圍隨機分布在襯底上的微納米結構中挑選處于所需定點位置的研究對象，其次，無法做到對于感興趣的單個微納米結構進行二次轉移，一旦微納米結構吸附至襯底上，將無法再次取出轉移至另外襯底上進行其他表征分析或加工，第三，該方法容易在轉移過程中引入不明雜質。

發明內容

為了實現單個微納米結構的精確定點轉移，本發明提供一種單個微納米結構轉移裝置及其轉移方法，通過巧妙的設計實現微納米結構的精確定點轉移。

本發明的一個目的在于提供一種單個微納米結構轉移裝置。

本發明的單個微納米結構轉移裝置包括：顯微鏡、微納操縱器固定架、微納操縱器、轉移探針和微納結構中轉基片；其中，微納操縱器固定架剛性固定安裝在顯微鏡上；微納操縱器剛性連接在微納操縱器固定架上；轉移探針安裝在微納操縱器的頂端；微納結構中轉基片位置固定的放置在顯微鏡的樣品臺上，在微納結構中轉基片上懸空承載待轉移的微納米結構；微納結構中轉基片包括基片、周期性的凸起平臺和坐標標記，在表面平整的基片上通過微納加工形成周期性的凸起平臺和坐標標記，坐標標記為在基片的表面按照固定間距周期性排列的有規律標號，以標記周期性的凸起平臺的準確位置，凸起平臺之間形成凹槽，凹槽的寬度大于轉移探針的尖端的寬度；對于具有一個維度大于凸起平臺的微納米結構，一部分位于凸起平臺上，另一部分懸空于凸起平臺之間的凹槽上。

待轉移的單個微納米結構要求存在一個維度的尺寸超過5μm，例如準一維納米線長度超過5μm，準二維納米薄片的某邊長超過5μm。

顯微鏡采用光學顯微鏡，或者電子顯微鏡；顯微鏡包括顯微鏡主體、樣品臺、物鏡和成像顯示系統；其中，顯微鏡主體包括機械外殼、成像光路和照明系統；樣品臺、物鏡和成像顯示系統均連接至顯微鏡主體，樣品臺與物鏡相對；樣品臺具有水平二維位置調節、高度調節以及旋轉調節功能；物鏡的放大倍率可調，顯微鏡整體放大倍率最高達到或超過2000～10000倍，物鏡的工作距離大于10mm；成像顯示系統為一臺計算機，要求成像響應速率高，例如成像分辨率50萬像素時，幀率超過60幀每秒。

微納操縱器包括粗調操縱器和細調操縱器；其中，粗調操縱器通過齒輪齒條機構或者阻尼滑軌機構進行三維位置調節，通過軸承鎖緊機構進行傾角、擺角和旋轉調節；粗調操縱器包括粗調安裝固定裝置、粗調位置調節機構和粗調傳動桿，粗調安裝固定裝置固定安裝在微納操縱器固定架上，在粗調安裝固定裝置上安裝粗調位置調節機構，在粗調位置調節機構的頂端剛性連接粗調傳動桿；細調操縱器通過壓電陶瓷或液壓機構實現精細的三維位置調節，能夠達到優于0.1微米的位置調節分辨率；細調操縱器包括細調安裝固定裝置、細調位置調節機構、控制器和細調傳動桿，在粗調傳動桿的頂端設置細調安裝固定裝置；在細調安裝固定裝置上設置細調位置調節機構，細調位置調節機構通過導電線纜或液壓管連接至控制器，在細調位置調節機構的頂端剛性連接細調傳動桿。