专利名称：纳米线的显微结构与电学性能测试装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种纳米线的显微结构与电学性能测试装置，更具体的是通 电状态下原位实时动态的纳米线显^:结构与电学性能相关性的测量装置。
背景技术：
透射电子显微镜、扫描电子显微镜和光学显微镜在纳米科学和技术领域 中发挥重要的作用，是研究材料结构与物性最为有力的工具。应用纳米线可 以制作更小尺度的微纳电子器件，而纳米线作为各种器件的基本结构单元， 承载着信息的传输、存储等重要功能。在外场的作用下，研究纳米线显微结 构的变化和尺寸效应对器件单元内纳米线电荷输运能力等性能的影响，这对 器件的效率、灵敏度、使用寿命、存储单元的密度等实际应用具有非常重要 的意义。而目前，现有的测试装置只能应用在扫描电镜和光镜中对纳米线进 行电学性能的测试，得不到纳米线显微结构变化的信息。对于能通过光刻制 作出来的纳米线，由于技术和材料制作方法的限制，不能做到尺度更小和质 量完美，而对于用任何物理化学生物等方法生长出来的纳米线，不能通过光 刻技术来完成。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种通电状态下原位测 量纳米线显微结构与电学性能相关性的装置，适用于透射电子显微镜、扫描 电子显微镜和光学显微镜，且适用于用任意材料、方法制作的纳米线。先制 作承载纳米线的装置，在装置上制作金属电极，再将纳米线转移到本装置上, 将纳米线固定，连接在金属电极之间，在透射电镜样品杆中对本装置通电， 测量纳米线的显微结构与电学输运性能，实时记录纳米线微结构与电学性能 的变化。借助外界的成像系统原位记录纳米线的变化过程，从原子尺度上揭 示纳米线的微观结构变化与电学输运性能的相关性。本装置适用于随机分布 的纳米线的显孩t结构观察与电学性能测试，而且对于不同纳米线电学信号的 测试，使用不同的金属材料作为金属连接线，能达到反映纳米线本征电学性 能的要求。
为了实现上面的目的，是通过如下的技术方案来实现的 通电状态下研究纳米线显微结构变化的装置，其特征在于在衬底2的 上方是非晶层3，下方是阻挡层l，阻挡层和衬底的中间部分被刻蚀掉形成窗 口 4,在非晶层上是金属电极5，金属电极之间是纳米线6，纳米线和金属电极之间由金属连接线7连接，纳米线位于非晶层上对着在窗口 4的正上方， 金属电极上引出导线8。
进一步地，所述的非晶层是可以让电子束穿透的薄膜，薄膜的厚度在 30腦-300,之间，阻挡层是阻挡腐蚀窗口 4以外的衬底的薄膜，薄膜的厚度 在30,-300"w之间。
制备上述通电状态下研究纳米线显微结构变化的装置的方法，包括以下 步骤
1. 在衬底2上方制备非晶层3,下方制备阻挡层l,腐蚀完阻挡层和衬底 的中间部分之后形成最终的窗口 。
进一步地，所述的腐蚀分为两步， 一步是涂胶、光刻、腐蚀掉阻挡层， 腐蚀液只腐蚀阻挡层，形成用于腐蚀衬底的窗口，另一步是腐蚀穿透衬底， 腐蚀液只腐蚀衬底，形成最终的窗口。
2. 所述的金属电极导电性能良好，通过光刻等方法制作在非晶层上，连 接纳米线和金属电极的金属连接线为导电性能良好的材料，位于纳米线与金 属电极的上方，通过聚焦离子束沉积等方法制作。
3. 在金属电极之间制备纳米线，将纳米线和电极用金属连接线连接。 所述的纳米线为使用物理化学生物等多种方法制备，纳米线能被探测到
电学信号，而且能在透射电子显微镜中原位地获得原子尺度的高分辨信息， 纳米线的长度可以任意选取，排列方式可以为任意方向的排列。
4. 将金属电极用导线引出，连接到外部的测试仪器上，置入透射电镜、 扫描电镜或光镜中。
本发明具有如下优点
1. 本发明对透射电镜中承载纳米线的装置进行了独特的结构设计，实 现在透射电镜中原位地对纳米线加电，从最佳的晶带轴观测高分辨图像，实 现X， Y两个方向最大角度的倾转，提供了一种纳米线原位电性能测试方法， 具有性能可靠，安装方便，结构简单的特点。
2. 本发明应用于纳米纳米线的电学性能研究，应用范围广，研究对象 丰富。对于任何纳米线，均能通过此种方法对其进行电性能的原位观察监控。
图1 纳米线器件主视图
图2 图1的仰视图
图3 图1的俯视图
图4 实施例的电压电流曲线图5 实施例的显微结构高倍图像 图6 实施例的显微结构高分辨图像。
1、阻挡层；2、衬底；3、非晶层；4、刻蚀的窗口； 5、金属电极；6、 纳米线；7、金属连接线；8、导线
具体实施例方式
本发明通过对装置通电，对纳米线进行原位通电测试，通过如下步骤实
施
具体的，承载纳米线的装置从下到上依次为使用Si02作为阻挡层l， 硅片作为衬底2， SiN作为非晶层3，在非晶层3上使用的是金作为金属电极 5， Si02阻挡层和硅片被刻蚀形成的是窗口 4,金电极之间使用SiC纳米线6， SiC纳米线在窗口 4的正上方，纳米线6和金属电极5之间用金属连接线7连 接、固定，使用的是铂金属材料作为金属连接线7。
制作和测试的方法具体为通过PECVD (等离子体化学气相沉积法)的 方法生长Si02薄膜，厚度为0.5//777;硅片厚度为200/^m，直径为2英寸，电 阻率为5acm，经过双面抛光，晶向为<100>;通过PECVD的方法生长SiN 薄膜，厚度为0.1//m。
制作两片2.5英寸光刻掩膜板，在硅片的下方涂胶，光刻形成用于刻蚀的 窗口，用稀HF溶液腐蚀掉窗口内的Si02，去胶。放入EDP腐蚀液中，溶液的 温度控制在80-100° C,经过3个多小时的刻蚀，拿出样品并在丙酮内清洗三 次以上。再在SiN的上方涂胶，光刻形成上方的电极图案，在其上镀一层金 电极，去胶。将生长好的SiC纳米线分歉于丙酮溶液中，用滴管吸取少量的 SiC纳米线，滴在金电极区域，找到在SiN薄膜上的SiC纳米线，用FIB(聚 焦离子束沉积)的方法将SiC纳米线和金电极用铂金属连接。
将做好的硅片切割成2. 15*2. 15wm的方块微栅，在光镜下用压焊机将金 电极用金丝线引出，再将金丝线焊接在带有通电功能的透射电镜样品杆上。 对装置进行原位通电，通过高分辨原位成像系统记录整个变化过程，在通电 状态下测量得到纳米线的电学输运性能与显微结构的相关性。
实验结果在透射电子显微镜中加载电压，电压加载的范围在-O. 1-0. IV 的区间，测量了一根长度在1//w左右的SiC纳米线，电压电流曲线如下图4 所示对应的微结构变化如图5、 6所示，分别为以上是测试的SiC纳米线对 应的显微结构高倍图像和高分辨图像。
权利要求
1、一种纳米线的显微结构与电学性能测试装置，其特征在于在衬底的上方是非晶层，下方是阻挡层，阻挡层和衬底的中间部分被刻蚀掉形成窗口，在非晶层上是金属电极，金属电极之间是纳米线，纳米线和金属电极之间由金属连接线连接，纳米线位于非晶层上对着在窗口的正上方，金属电极上引出导线。
全文摘要
本发明涉及一种纳米线的显微结构与电学性能测试装置。现有的测试装置只能应用在扫描电镜和光镜中对纳米线进行电学性能的测试，得不到纳米线显微结构变化的信息。该装置其特征在于在衬底的上方是非晶层，下方是阻挡层，阻挡层和衬底的中间部分被刻蚀掉形成窗口，在非晶层上是金属电极，金属电极之间是纳米线，纳米线和金属电极之间由金属连接线连接，纳米线位于非晶层上对着在窗口的正上方，金属电极上引出导线。本发明实现在透射电镜中原位地对纳米线加电，从最佳的晶带轴观测高分辨图像，实现X，Y两个方向最大角度的倾转，提供了一种纳米线原位电性能测试方法，具有性能可靠，安装方便，结构简单的特点。
文档编号G01R31/00GK101545871SQ20091008426
公开日2009年9月30日 申请日期2009年5月15日 优先权日2009年5月15日
发明者攀 刘, 泽 张, 韩晓东 申请人:北京工业大学