[發明專利]一種懸空納米線機械手批量制備方法

有效

• 申請號: 201910193940.X
• 申請日: 2019-03-14
• 公開（公告）號: CN109850843B
• 公開（公告）日: 2021-01-15
• 發明（設計）人: 余林蔚;朱智旻;馬海光;王軍轉
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: B81C1/00
• 分類號: B81C1/00
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 陳建和

本發明公開了一種懸空納米線機械手批量制備方法，包括：基于IPSLS生長模式制備得到生長于光刻定義的坡面臺階邊緣的納米線陣列，而后在生長有硅納米線的襯底上旋涂一層氧樹脂膠體，并進行光刻圖案的操作，再用濕法刻蝕除去襯底表面的非晶硅介質層，使得粘住納米線陣列的環氧樹脂膠體薄膜懸浮于溶液表面，與乙醇充分置換后利用干燥技術，即可制備得到自組裝的懸空納米線機械手陣列。本發明利用轉移技術和臨界點干燥技術將納米線陣列轉移至已光刻的可自支撐襯底，消除溶液表面張力的影響，保持納米線機械手的原貌，最后得到可操作的懸空納米線機械手陣列，可廣泛應用于納米機器人、生物醫學的細胞檢測和生物傳感器等多種領域。

技術領域

本發明涉及一種懸空納米線機械手批量制備方法，可靈活應用于生物細胞或者微小結構的獲取或檢測，以及半導體傳感器件等多種領域。

背景技術

晶硅或相關半導體納米線(Nanowire)是開發新一代高性能大面積薄膜電子器件的重要材料，在新型柔性傳感、生物醫學傳感與檢測，和邏輯存儲領域具有十分巨大的應用潛力?；谧陨隙碌碾娮邮睂?EBL)技術制備直徑在10～100nm范圍的納米線結構，已經驗證各種新型納米線功能器件的優異特性，但由于其制備成本及其昂貴、產量低等因素，一直以來都難以得到規?；瘧谩Ｏ啾戎?，通過納米金屬液滴催化的自下而上的自組裝(Self-assembly)納米線生長，可以大批量制備直徑在百納米以下的晶態硅、鍺和各種合金半導體納米線并精確控制納米線的生長。然而，通常采用的氣-液-固(VLS)生長模式所制備的懸空納米線多為豎直隨機陣列，難以直接在目前的平面電子工藝中實現可靠且低成本的定位集成。

為了可靠地制備形貌可編程的晶硅納米線結構，本專利申請人最早提出了一種平面固液固(IPSLS)生長模式：其中，采用非晶硅作為前驅體，由低熔點金屬銦、錫納米顆粒吸收非晶硅而生長出晶硅納米線結構。同時，基于此方法，可利用平面襯底上定義的簡單的單邊臺階作為引導，金屬液滴在臺階邊緣覆蓋的非晶硅吸引下，順延臺階邊緣運動，從而將納米線生長在臺階邊緣，實現平面納米線的定位、定形生長?；趥鹘y的氣-液-固(VLS)生長機制，豎直隨機的納米線只需要通過超聲和干燥步驟，即可獲得平面內的懸空納米直線結構，而通過平面固液固(IPSLS)生長機制定義的任意形貌的納米線結構在轉移和干燥的過程中會受到溶液表面張力的應力作用，導致原本定義的形貌發生變化甚至斷裂，大大降低了懸空納米線機械手陣列轉移的成功率。對于生物醫療NEMS相關研究和應用領域而言，這也就增加了對生物體內細胞或者DNA序列結構進行獲取和檢測的難度，阻礙了NEMS在生化方面對細胞、DNA和蛋白質以及其他生物組分準確、快速分析的進一步發展，以及相關產品的技術研發。

發明內容

發明目的：為了克服現有技術中存在的不足，本發明提供一種懸空納米線機械手批量制備方法，利用轉移技術和臨界點干燥技術將納米線陣列轉移至已光刻的可自支撐襯底，消除溶液表面張力的影響，保持納米線機械手的原貌，最后得到可操作的懸空納米線機械手陣列，可廣泛應用于納米機器人、生物醫學的細胞檢測和生物傳感器等多種領域。

技術方案：為實現上述目的，本發明采用的技術方案為：

一種懸空納米線機械手批量制備方法，包括：基于IPSLS生長模式制備得到生長于光刻定義的坡面臺階邊緣的納米線陣列，而后在生長有硅納米線的襯底上旋涂一層氧樹脂膠體，并進行光刻圖案的操作，再用濕法刻蝕除去襯底表面的非晶硅介質層，使得粘住納米線陣列的環氧樹脂膠體薄膜懸浮于溶液表面，與乙醇充分置換后利用干燥技術，即可制備得到自組裝的懸空納米線機械手陣列。

進一步的，具體包括以下步驟：

1)采用晶硅、玻璃或者介質層覆蓋的金屬薄膜作為襯底，利用一種或多種薄膜淀積技術，在其上淀積非晶介質層(如非晶氧化硅SiO2，氮化硅SiNx等)；