专利名称：用探针转移微粒制造纳米线结构的方法
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。
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。利用扫描力显微术(SFM)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SFM的纳米加工技术可发挥更大的作用。
SFM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SFM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,Seunghun 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。
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(SFM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。
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SFM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，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。
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SFM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，并由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。
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。
权利要求
1．一种用探针转移微粒制造纳米线结构的方法，其特征在于，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SFM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，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。
2．根据权利要求1所述的用探针转移微粒制造纳米线结构的方法，其特征在于基片表面的双功能分子薄层为(3-巯基丙基)三甲氧基硅烷。
全文摘要
用探针转移微粒制造纳米线结构的方法是一种制造纳米器件和电路的方法,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SFM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,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。
文档编号G03F7/00GK1318509SQ0111364
公开日2001年10月24日 申请日期2001年5月28日 优先权日2001年5月28日
发明者顾宁, 廖建辉, 张海黔 申请人:东南大学