[發明專利]一種非晶納米線與多孔薄膜的原位可操控鍵合方法

有效

• 申請號: 201911111539.3
• 申請日: 2019-11-14
• 公開（公告）號: CN110844879B
• 公開（公告）日: 2020-09-22
• 發明（設計）人: 蘇江濱;吉高峰;王智偉;馬驥;何祖明;唐斌;蔣美萍
• 申請（專利權）人: 常州大學
• 主分類號: B82B3/00
• 分類號: B82B3/00;B82Y40/00
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 董建林

本發明公開了一種非晶納米線與多孔薄膜的原位可操控鍵合方法，將納米線分散到具有多孔薄膜結構的透射電鏡（TEM）樣品上，之后放入TEM中，選取自由端突出到多孔薄膜孔洞中的納米線片段，在TEM的觀察下按“納米線削尖—納米線彎鉤—納米線鍵合”工藝進行鍵合處理。本發明利用透射電鏡中高能電子束有針對性輻照，實現了非晶納米線的削尖、彎鉤，并最終與多孔薄膜高質量鍵合在一起，具有原位、靈活可操控、高精度、低溫鍵合等優點。

技術領域

本發明屬于微納材料加工領域，具體涉及一種非晶納米線與多孔薄膜的原位可操控鍵合方法。

背景技術

廣義上講，鍵合技術是通過在兩材料界面間發生化學反應而鍵合在一起的技術。鍵合技術廣泛應用于MEMS器件、集成電路IC領域，是一項充滿活力的高新技術，對我國新技術的發展有十分重要的意義。在MEMS和微電子制造中，鍵合技術成為微加工中重要的工藝之一，它是微系統和IC系統封裝技術中重要的組成部分。目前，隨著MEMS和微電子電路集成度的逐步提高，進一步要求在更小的納米尺度范圍內實現其可操控鍵合技術，或者說要能夠在納米材料與薄膜之間進行可操控的鍵合技術。其中，納米線是一種典型的一維納米材料，長徑比大，不僅可以通過彼此間的焊接作為微納器件的功能性構筑單元，而且還適合通過納米線與薄膜之間的鍵合作為器件封裝的互連引線等，因此在微納器件制備、封裝領域展現出廣泛的應用前景。關于納米線與納米線之間的焊接或融合，目前文獻中已經有一些相關研究(參見文獻：1.Xu S,Tian M,Wang J,et al,Small,2005,1:1221；2.許勝勇，電子顯微學報，2007，26:563；3.Cheng L,Su J,Zhu X,Mater Lett,2019,237:286)。但是，關于納米線與薄膜之間的鍵合或互連相關技術，現有文獻中更多地是通過“自下而上”的方法在襯底表面自組裝生長納米線，研究關注點在于納米線本身；而對于納米線與薄膜之間通過人為“自上而下”的方法進行原位、靈活可操控、高精度、低溫的鍵合技術尚沒有發現相關報道。

發明內容

針對上述問題，本發明提出一種非晶納米線與多孔薄膜的原位可操控鍵合方法。

實現上述技術目的，達到上述技術效果，本發明通過以下技術方案實現：

一種非晶納米線與多孔薄膜的原位可操控鍵合方法，將納米線分散到具有多孔薄膜結構的透射電鏡(TEM)樣品上，之后放入TEM中，選取自由端突出到多孔薄膜孔洞中的納米線片段，在TEM的原位觀察下按如下方法進行鍵合處理：

(1)納米線削尖：選擇合適束斑尺寸和電流密度的聚焦電子束，對納米線自由端中心軸位置進行輻照，對其進行切割削尖；

(2)納米線彎鉤：將聚焦電子束束斑擴大，從偏離中心軸一側對納米線進行輻照，納米線尖端朝另一側發生彎鉤變形，直至納米線尖端接觸到多孔薄膜待鍵合位置；

(3)納米線鍵合：當納米線尖端接觸到多孔薄膜待鍵合位置時，立即將電子束束斑的尺寸進一步擴大，同時移動束斑位置，使彎曲的納米線片段及待鍵合多孔薄膜均處在電子束輻照范圍之內，將納米線鍵合到多孔薄膜上。

作為本發明的進一步改進，所述的多孔薄膜的孔徑大小超過250nm。

作為本發明的進一步改進，所述的非晶納米線包括各種非晶金屬納米線、非晶半導體納米線、非晶絕緣體納米線、非晶合金納米線、非晶復合納米線以及非晶同軸結構納米線等。

作為本發明的進一步改進，所述的步驟(1)中還包括通過調節電子束束斑尺寸和輻照時間，分別對裁剪納米線尖端的形狀和自由端的長短進行控制調節。

作為本發明的進一步改進，步驟(1)所述束斑尺寸為86±20nm、所述電流密度為52±23A/cm²。

作為本發明的進一步改進，所述的步驟(2)中還包括通過調節電子束束斑相對于納米線徑向和軸向的輻照位置，分別控制納米線彎鉤的方向和位置。