[發(fā)明專利]一種電場輔助原子力顯微鏡納米刻蝕方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 201910301623.5
• 申請日: 2019-04-16
• 公開（公告）號: CN110171800A
• 公開（公告）日: 2019-08-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉增磊;高愛蓮
• 申請（專利權(quán)）人: 劉增磊
• 主分類號: B81C1/00
• 分類號: B81C1/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明公開一種通過施加電流實現(xiàn)原子力顯微鏡(AFM)納米刻蝕的方法。通過向AFM針尖和基底施加一定電流并控制電流的大小，由于針尖和樣品之間存在較大的接觸電阻，因此產(chǎn)生一定的焦耳熱，在基底上形成刻蝕。該方法可用于加工納米溝痕、裁剪納米材料等操作。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及納米加工領(lǐng)域，具體的說是一種通過在原子力顯微鏡(AFM)探針和基底之間施加電流，并使探針針尖在基底表面運動，通過焦耳熱形成納米刻痕，從而實現(xiàn)納米刻蝕、裁剪加工的方法。

背景技術(shù)

納米器件是由納米材料構(gòu)成的電子器件，比如各種氣體傳感器，生物傳感器，場效應(yīng)晶體管等等。納米器件具有優(yōu)異的性能，比如庫侖阻塞效應(yīng)等。但是目前納米器件還沒有實現(xiàn)廣泛的應(yīng)用。這是因為納米器件在加工制造方面還存在各種問題。比如納米焊接、納米裝配、納米裁剪等問題。其中納米裁剪是根據(jù)需要，將納米材料切割成特定的尺寸和形狀。目前可以采用金剛石探針，通過機械力的作用，對納米基底進行行刻劃或?qū){米材料進行切割。然而金剛石探針機械力切割具有存在以下問題。

1、金剛石探針價格昂貴。

2、金剛石切割依靠機械力的作用，切割過程中會造成已裝配好的納米材料位置移動。

3、金剛石刻劃的形狀較為單一。由于金剛石探針帶有細長的懸臂梁結(jié)構(gòu)，因此適宜進行沿金剛石探針懸臂梁軸線方向的刻劃；側(cè)向刻劃時，懸臂梁易發(fā)生扭轉(zhuǎn)，影響刻劃效果。因此金剛石刻劃多以直線為主。

因此設(shè)計一種靈活、簡便的納米刻蝕加工方法，對納米器件的加工制造具有重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提出一種通過施加電流實現(xiàn)AFM納米沉積的方法，即通過向AFM針尖和基底施加電流并控制電流大小以及電流作用時間，使AFM探針針尖與基底之間形成焦耳熱，引起基底或納米材料的融化，從而實現(xiàn)納米刻劃或納米切割的加工效果。

本發(fā)明技術(shù)方案為：

由于本發(fā)明中的方法利用電流的作用實現(xiàn)加工，因此需要使用導(dǎo)電探針和導(dǎo)電樣品。利用原子力顯微鏡的納米級的探針運動控制功能，使探針與樣品保持輕微接觸，此時在樣品和針尖之間形成較大的接觸電阻。在樣品和探針之間施加一定的電流，根據(jù)焦耳定律，將在樣品和探針的接觸面形成較大的熱功率。當(dāng)功率足夠大時，將引起樣品表面的融化，從而形成納米刻痕。通過控制電流的大小和電流作用的時間，可以調(diào)節(jié)刻痕的寬度和深度。如果在加工中保持探針沿特定的軌跡運動，可以得到復(fù)雜的納米結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明具有如下優(yōu)點。

1、加工經(jīng)濟性好。本發(fā)明中的加工方法只需使用普通的導(dǎo)電原子力探針，價格便宜。

2、各向一致性好。加工中探針和樣品之間的作用力很小，懸臂梁的形變很小，因此在各個方向上的加工效果相同。

3、加工靈活性好。加工中可以隨時通過調(diào)節(jié)電流的大小來改變刻痕的尺寸，加工方法靈活。

附圖說明

圖1為刻劃加工系統(tǒng)示意圖。

圖2為納米點刻劃加工。

圖3為納米線刻劃加工。

其中1是AFM導(dǎo)電探針；2是樣品；3是導(dǎo)電膠；4是金屬樣品臺；5是可編程電流源。

具體實施方式

通過原子力顯微鏡本身提供的電源接口，將可編程電流源5施加到樣品2和AFM導(dǎo)電探針1上。原則上，電流方向不影響加工效果。但是，考慮到尖端接陽極時，放電電壓更低。因此AFM探針接陽極，樣品接陰極。

通過原子力顯微鏡的掃描功能，掃描樣品形貌，選定加工位置。

在可編程電流源5上設(shè)置電流參數(shù)。包括電流大小、持續(xù)時間、電流波形等。