专利名称：硅片上制作纳米孔的方法
技术领域：
本发明涉及的是一种利用交变针尖电场在硅片上直接制作纳米孔的方法，属于纳米器件制造及信息存储技术领域。
背景技术：
硅片上的纳米孔有多种用途，可以直接用作二维光子晶体；用作特殊纳米结构的生长模板；可用于固定纳米颗粒形成各种二维或者三维图案，同自组装相比可以精确控制纳米颗粒的位置；可用于固定生物大分子等探针分子，制作生物芯片；也可用作微纳反应器，研究单分子反应等。利用针尖电场诱导在硅片上局域氧化形成二氧化硅量子点，然后用腐蚀剂氢氟酸、氢氧化钠或者四甲基氢氧化铵溶液进行腐蚀，在硅片上可以制备纳米孔。但这种方法步骤繁琐，腐蚀过程中会出现扩孔现象，且很难得到较深的纳米孔。目前直接在硅片上形成纳米孔的方法主要是聚焦粒子束(FIB)和电子束曝光(ELB)，这两种方法可以对纳米孔的孔径、深度以及角度进行精确的控制。但这两种方法的缺点是设备本身价格非常昂贵，加工过程也非常耗时，不利于推广应用。
发明内容
技术问题本发明的目的是提供一种利用针尖交变电场在硅片上制备纳米孔的方法，纳米孔的孔径、深度可控，可用于纳米加工制造以及信息存储领域。
技术方案本发明硅片上制备纳米孔的方法为对硅片进行平整度和疏水、亲水处理，形成大面积平整样品表面。将硅片固定在样品台上，控制硅片与针尖的距离以及针尖在硅片表面的位置，在所述硅片样品和针尖之间施加脉冲电压，在所述硅片样品上形成纳米孔。
所述的硅片样品为未经修饰的n型、或p型硅片，或者表面通过化学键合或物理吸附修饰亲水或者疏水单分子膜的n型、或p型硅片；所用硅片，其晶面取向为111，100，110，911。所述的针尖为金属针尖，或表面蒸镀铂、或铂铱合金、或铂铑合金、或金的导电半导体硅针尖。所施加的电压是交流脉冲，其频率在1赫兹到1.0×108赫兹，脉冲电压幅值为5-100伏特，脉冲作用时间为0.1微秒到10秒。所述的硅片与针尖的距离为0～5微米。
实施效果本发明利用针尖交变电场直接在硅片基底上制备纳米孔，具有以下优点第一、直接在硅片上制备纳米孔，同先对硅片进行局域氧化，然后再用氢氟酸、氢氧化钠等腐蚀剂腐蚀的化学湿法方法相比，步骤简单，易于实现对孔径和孔深的控制。第二、纳米孔的孔径和孔深，可以通过调节操作环境湿度，脉冲电压的强度，脉冲持续时间，所使用脉冲电压的频率来实现。第三、本发明操作方便简单，比聚焦粒子束和电子束曝光省时，易于同其他微电子加工方式相结合。第四，所用到的材料是硅片或者经过过表面修饰的硅片。硅在室温的化学性质很稳定，且现在的硅片加工工艺，很容易制备大尺寸平整度在纳米级水平的硅片，使得该方法有望用于信息存储技术。
图1是本发明原理示意图。其中有针尖1、硅片2、、电场3、电源4。
图2是本发明实施一例在未经修饰的(111)硅片上制作纳米孔。其中，图2(a)是硅(111)单晶晶面的原子力显微镜形貌相；图2(b)是所示是在针尖和样品之间施加20V频率为10KHz的2s的脉冲后，形成的纳米孔洞。
具体实施例方式
本发明应用交变针尖电场在硅片上制作纳米孔的原理如图1所示，通过外接电源4产生交流脉冲，使针尖1和硅片2之间产生局域强电场3，诱导硅片2发生局域热化学分解反应，形成纳米尺度的孔洞。
本发明制作硅纳米孔的方法，按如下步骤进行将硅单晶片或者表面通过化学键合或物理吸附修饰疏水或者亲水自组装单层膜的硅片，固定在样品台上，控制硅片样品与针尖之间距离及针尖在硅片表面的位置，在上述样品和所述针尖之间施加电压脉冲，即可在上述样品上形成纳米尺度的孔洞。其中，针尖可以是金属针尖，或表面蒸镀铂、铂铱合金、金的半导体硅针尖；所述电压脉冲为交流脉冲，其频率在1赫兹到1.0×108赫兹，脉冲电压幅值为5-100伏特，脉冲作用时间为0.1微秒到10秒。所用硅片为未经修饰的n型、或p型硅片，或者表面通过化学键合或物理吸附修饰亲水或者疏水单分子膜的n型、或p型硅片；所用硅片，其晶面取向为111，100，110，911。
实施例1以原子力显微镜针尖在未经修饰的硅片(111)上制作纳米孔为例说明本发明所述的纳米孔制备过程图2(a)是硅(111)单晶晶面的原子力显微镜形貌相。将硅(111)单晶样品用导电胶固定在原子力显微镜(如Molecular Imaging，USA)仪器的样品台上，所用针尖为商品原子力显微镜铂针尖。使用原子力显微镜本身所含的刻写模块，在硅(111)单晶面与原子力显微镜针尖之间施加20V频率为10KHz的2s的脉冲后，形成的纳米孔洞孔径约为200nm，孔的深度为4nm。，然后通过原子力显微镜成像确认是否形成纳米孔。如图2(b)所示。
权利要求
1.一种在硅片上制备纳米孔的方法，其特征在于制备的方法为将硅片固定在样品台上，控制硅片与针尖的距离以及针尖在硅片表面的位置，在所述硅片样品和针尖之间施加脉冲电压，在所述硅片样品上形成纳米孔。
2.根据权利要求1所述的在硅片上制备纳米孔的方法，其特征在于所述的硅片样品为未经修饰的n型、或p型硅片，或者表面通过化学键合或物理吸附修饰亲水或者疏水单分子膜的n型、或p型硅片；所用硅片，其晶面取向为111，100，110，911。
3.根据权利要求1所述的在硅片上制备纳米孔的方法，其特征在于所述的针尖为金属针尖，或表面蒸镀铂、或铂铱合金、或铂铑合金、或金的导电半导体硅针尖。
4.根据权利要求1所述的在硅片上制备纳米孔的方法，其特征在于所施加的电压是交流脉冲，其频率在1赫兹到1.0×108赫兹，脉冲电压幅值为5-100伏特，脉冲作用时间为0.1微秒到10秒。
5.根据权利要求1所述的在硅片上制备纳米孔的方法，其特征在于所述的硅片与针尖的距离为0～5微米。
全文摘要
利用交变针尖电场直接在硅片上制备纳米孔的方法是一种简单易操作的方法。该方法首先将硅单晶片或者表面通过化学键合或物理吸附修饰疏水或者亲水单层膜的硅片，固定在样品台上，然后启动程序控制针尖与样品之间的距离与相对运动，在所述样品和针尖之间施加交流电压脉冲，即可在所述样品上形成纳米孔。本发明的方法不仅所需设备简单、操作便利，而且易于对纳米孔的孔径及孔深进行精确控制，可用于信息存储领域以及制备纳电子器件等。
文档编号B82B3/00GK101041415SQ20061009741
公开日2007年9月26日 申请日期2006年11月7日 优先权日2006年11月7日
发明者肖忠党, 王海涛, 田田 申请人:东南大学