用探针转移微粒制造纳米线结构的方法

一、技术领域

本发明是一种主要用于制造纳米线结构的电子器件或电路的方法，尤其是一 种用探针转移微粒制造纳米线结构的方法。

二、背景技术

随着纳米技术在各行各业中应用的不断发展，对纳米器件及其加工技术也不 断提出了更多更高的要求。利用扫描探针显微镜进行纳米结构的加工，因为操作 简便以及可结合现场观察等功能，在纳米加工技术研究中正扮演着越来越重要的 角色。特别是由于多探针技术的出现和快速发展，以及探针定位与自动更换等技 术的进步，基于扫描探针显微镜的纳米加工技术可发挥更大的作用。

扫描探针显微镜是利用微探针(这里，通常针尖的特征尺寸在纳米量级)与物 质微小结构发生各种相互作用，并利用这些相互作用检测物质微细结构，以及相 联系的物质性质的一类显微术。目前较多使用的包括扫描隧道显微术(STM)、原 子力显微术(AFM)、电场力显微术(EFM)、磁场力显微术(MFM)、电容力显微术 (CFM)、摩擦力显微术等等。利用SFM进行纳米加工的技术，也有许多种(参见 顾宁等，STM纳米加工技术进展，电工电能新技术，1994，(2)：18-23)。例如， 利用STM与AFM的微针尖对表面可能的机械作用制作的纳米级划刻结构，利 用STM的低场能量暴光抗蚀剂及相关加工的纳米结构、基于扫描探针显微镜的 场致蒸发、势垒微扰、电化学刻蚀等也都加工出了很好的纳米级结构。

美国西北大学化学系的Chad A.Mirkin研究组1999年报道了采用硫醇分子 为“墨水”，以AFM微探针为Dip-Pen进行纳米结构描画制作的结果(参见 Richard D.Piner，Jin Zhu，Feng Xu，Seundlun Hong，Chad A.Mirkin，”Dip -Pen”Nanolithography，Science，285，5402，1999)。这项研究为阵列微探 针基于分子组装技术，在表面快速、高效地制造纳米结构打下了很好的基础。但 这个方法存在一些不足，例如只能在金属，特别是金、银、铜等表面形成结构。 还需要将这样的方法进一步发展到在半导体，以及绝缘体上加工出纳米结构。

三、技术内容

1、技术问题

本发明的目的就是提供一种能够在非金属，特别是在半导体表面用Dip- pen(扫描探针显微镜微探针)进行扫描转移微粒，适用于制造纳米器件和电路的 用探针转移微粒制造纳米线结构的方法。

2、技术方案

本发明的制造的方法为：

①基片清洁度、粗糙度的预处理；

②在基片表面分子自组装双功能分子薄层，该双功能分子一端的功能基团 通过化学键合与基片表面预处理后的功能基团牢固结合；

③通过扫描探针显微镜微探针将其携带的纳米微粒“墨水”描画于双功能分 子薄层上面，描画定义出一定的结构，如线条，使纳米微粒“墨水”与双功能分 子的另一端键合；

④去除表面的非“墨水”定义结构。

3、技术效果

本发明的优点在于：

1、能够在非金属或半导体材料上用Dip-pen进行扫描转移纳米微粒，从而 达到在非金属或半导体材料表面制造纳米线结构的目的。

2、具有原理清楚、实施简便、处理工艺费用小、设备需求少(除了扫描探针 显微镜及相关的图形发生器及软件外，无须更多的关键设备)；

3、相对与美国西北大学提出的Dip-Pen纳米加工方法，我们所提出的方法 可进一步使用于半导体表面以及其他一些非金属表面。适于纳米电子器件(电路) 的加工；

4、通过双功能分子与纳米胶体微粒结合，除金、银、铜微粒外，通过选择 双功能分子的端基，还可与更多品种的微粒(包括分子)结合，并1妇此可进一步 延伸出在垂直于基片表面方向上的更多结构的制造。

四、具体实施方案 本发明的实施方案如下：

利用Dip-Pen(SFM微探针)进行描画，结合相关的处理技术，采用双功能分 子通过自组装，分子一端与基底相接(化学键合)，在基底表面的非金属部分形成 薄层，分子另一端可与微探针的“墨水”分子或纳米微粒化学键合，从而达到在 诸如半导体表面制造纳米结构的目的。

具体方法为：

(1)基片(硅片)的预处理，达到适于分子组装的要求(包括清洁要求、粗糙 度要求等)；(2)将洁净的羟基化表面处理的硅片，置于10-3mol/L的MPTS((3 -巯基丙基)三甲氧基硅烷)的甲苯溶液中，浸泡适当时间后，取出依次用甲苯和 丙酮漂洗10分钟，于表面皿中自然干燥；(3)AFM探针携带纳米金(约10纳米 粒径)胶体微粒的墨水，通过微探针在MPTS薄层表面扫描，描画定义出一定的 结构(如线条)；(4)室温下稳定一定时间后，用水和甲苯溶液分别冲洗一定时间， 自然干燥后观察测量，已可获得尺寸在数十纳米的纳米金线条结构。