[發(fā)明專利]一種高頻交流電驅動的局域陽極氧化加工方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810530466.0
• 申請日: 2018-05-29
• 公開（公告）號: CN108557755B
• 公開（公告）日: 2020-06-05
• 發(fā)明（設計）人: 史志文;李宏元;鄧奧林;應哲;呂博賽;王樂樂
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: B81C1/00
• 分類號: B81C1/00;C25D11/02
• 代理公司: 上海光華專利事務所(普通合伙) 31219
• 代理人: 余明偉

本發(fā)明提供了一種高頻交流電驅動的局域陽極氧化加工方法，包括：提供一襯底、一待加工樣品和一導體探針，所述待加工樣品位于所述襯底上，所述襯底為包含電介質層和導電層的雙層結構，所述電介質層位于所述導電層上方并與所述待加工樣品相接觸，在所述導體探針與所述導電層之間施加高頻交流電壓，所述導體探針在所述待加工樣品表面沿加工路徑移動，以使得所述加工路徑上的所述待加工樣品被氧化。本發(fā)明提供的高頻交流電驅動的局域陽極氧化加工方法適用于低維納米樣品加工刻蝕，工藝簡單，無需加工微納電極，且加工質量優(yōu)于傳統(tǒng)直流電陽極氧化方法。

技術領域

本發(fā)明涉及納米加工科技領域，特別是涉及一種高頻交流電驅動的局域陽極氧化加工方法。

背景技術

目前常用的微納米加工技術主要有電子束曝光(Electron Beam Lithography)、光學曝光(Photon Lithography)、掃描探針直寫加工(Scanning Probe Lithography)等。電子束曝光和光學曝光在加工過程中需要先在樣品表面覆蓋一層有機物阻劑，然后用高能電子束或光束照射在阻劑表面形成所需圖案，再通過刻蝕等手段將圖案轉移到樣品上，最后將阻劑去除。其缺點是有機物阻劑往往難以清除干凈，且清除阻劑時需要引入化學溶劑，會進一步污染樣品。

掃描探針直寫加工的操作步驟簡單，無需引入阻劑等有機物，是一種清潔的加工技術。其基本工作原理是在掃描探針與材料表面接觸時，通過力、熱、光、電或化學作用局域地改變材料的性質，從而在材料表面直接形成所需圖案。局域陽極氧化是掃描探針直寫加工中一種非常有效的原理方法，具體步驟如下：在樣品和掃描探針的針尖之間施加一個直流電壓，樣品接入正極，針尖接入負極，針尖和樣品之間由于強電場的存在會吸附水分子，并形成吸附水層構成的“水橋”。水橋與樣品以及針尖構成一個納米尺度的電化學反應池。水橋覆蓋區(qū)域的樣品表面發(fā)生電化學反應而被改變，發(fā)生電化學反應發(fā)生的位置隨針尖位置移動，控制針尖按加工路徑移動，即可在樣品上形成所需圖案。

現(xiàn)有的局域陽極氧化法采用直流電壓，在待加工納米樣品的襯底為絕緣體時，需要事先在納米樣品上制備電極以方便連接導線。對于微納米級小樣品，在其表面制備電極的工藝較為復雜，需要通過電子束曝光或光學曝光結合蒸發(fā)鍍膜技術來制備電極。該操作過程不僅復雜，而且會引入有機物污染樣品。因此，現(xiàn)有的直流電局域陽極氧化技術在加工處理微納米級樣品時，加工步驟繁瑣，且易出現(xiàn)有機物污染。此外，現(xiàn)有加工技術在針對石墨烯一類材料進行刻蝕時，其被刻蝕部分通常不能完全氧化，所產(chǎn)生的固體氧化產(chǎn)物會殘留于樣品表面。

因此，針對絕緣襯底上的納米樣品的高質量加工，有必要提出一種新的局域陽極氧化加工方法，解決上述問題。

發(fā)明內容

鑒于以上所述現(xiàn)有技術的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種新型局域陽極氧化加工方法，用于解決現(xiàn)有直流電局域陽極氧化技術對于絕緣襯底上的目標納米材料加工困難及加工質量低的問題。

為實現(xiàn)上述目的及其它相關目的，本發(fā)明提供一種高頻交流電驅動的局域陽極氧化加工方法，其特征在于，所述高頻交流電驅動的局域陽極氧化加工方法包括：

提供一襯底、一待加工樣品和一導體探針，所述待加工樣品位于所述襯底上，所述襯底為包含電介質層和導電層的雙層結構，所述電介質層位于所述導電層上方并與所述待加工樣品相接觸，在所述導體探針與所述導電層之間施加高頻交流電壓，所述導體探針在所述待加工樣品表面沿加工路徑移動，以使得所述加工路徑上的所述待加工樣品被氧化。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述電介質層材料包括SiO₂、hBN、GeO₂、Al₂O₃、HfO₂、BaTiO₃、PMN-PT、云母、PMMA、PC或PVC。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述導電層材料包括Si、Ge、石墨、金屬或導電離子液體。