[发明专利]利用扫描探针显微镜针尖的方法及其产品或产品的制作方法

说明书

发明领域

本发明涉及微米级和毫微米级的加工方法，本发明还涉及实施原子力显微镜成像的方法。

发明背景

蚀刻(lithographic)方法实质上是当今的微米级加工、纳米技术和分子电子学的中心。这些方法常常要在阻抗膜上制作图案，然后对基质进行化学蚀刻。

蘸水笔技术约有4000年历史，它是使尖锐物体上的墨水通过毛细管作用传送到纸的基质上。参见Ewing，The Fountain Pen：A Collector’sCompanion(Running Press Book Publishers，Philadelphia，1997)。大范围传输分子在历史上已被广泛使用。

本发明把量测和传输机理这两个不同的概念结合，创造了“蘸水笔”纳米蚀刻(nanolithography)技术(DPN)。DPN利用一个扫描探针显微镜(SPM)的针尖(例如原子力显微镜(AFM)针尖)作为“笔尖”或“笔”，一种固体基质(例如金)作为“纸”，以及对固体基质具有化学亲和力的分子作为“墨水”。分子从针头到固体基质的毛细管传输作用被用于DPN中以直接书写由所收集的、亚微米尺寸的有关分子组成的图形。

DPN不仅仅是蚀刻方法，它能把分子以正片印刷模式直接传送到所要求的基质上。例如，使用弹性体印记的微接触印刷能直接把含硫醇功能团分子的图形直接沉积在金基质上。参见Xia等，Angew.Chem.Int.Ed.Engl.，37：550(1998)；Kim等，Nature，376：581(1995)；Xia等，Science，273：347(1996)；Yan等，J.Am.Chem.Soc.，120：6179(1998)；Kumar等，J.Am.Chem.Soc.，114：9188(1992).该方法是一个与DPN类似的技术，能一步沉积整个图形或一系列图形到所要求的基质上。它优于系列技术如DPN，此外还在一个具体的纳米结构内，设法把不同的分子选择性地放到指定位置。在这中间，DPN使微接触印刷以及许多现有其它微米级和毫微米级加工方法得到了补充。

也有各种负片印刷技术，它们依赖于扫描探针仪器、电子束或分子束用自装配单层和作为阻抗层的其他有机物质在基质上作图(即为后续工艺或吸收步骤而除去物质)。参见Bottomley，Anal.Chem.，70：425R(1998)；Nyffenegger等，Chem，rev.，97：1195(1997)；Berggren等，Science，269：1255(1995)；Sondag-Huethorst等，Appl.Phys.Lett.，64：285(1994)；Schoer等，Langmuir，13：2323(1997)；Xu等，Langmuir，13：127(1997)；Perkins等，Appl.Phys.Lett.，68：550(1996)；Carr等，J.Vac.Sci.Technol.A，15：1446(1997)；Lercel等，Appl.Phys.Lett.，68：1504(1996)；Sugimura等，J.Vac.Sci.Technol.A，14：1223(1996)；Komeda等，J.Vac.Sci.Technol.A，16：1680(1998)；Muller等，J.Vac.Sci.Technol.B，13：2846(1995)；Kim等，Science，257：375(1992)。然而，DPN能以纳米蚀刻方式输送小量的有关分子物质到一种基质，而不依赖阻抗、印记、复杂的加工方法或高级的非商业化的仪器。

自发明以来，困扰AFM的一个问题是AFM针尖和样品之间形成的很窄的毛细管，当实验在空气中进行时，在室温下凝结的水会影响成像，尤其是想要完成纳米级甚至埃级分辨时。参见Xu等，J.Phys.Chem.B，102：540(1998)；Binggeli等，Appl.Phys.Lett.，65：415(1994)；Fujihira等，Chem.Lett.，499(1999)；Piner等，Langmuir，13：6864(1997)。文献表明这是一个动力学问题，根据相对湿度和基质的润湿性质，水将从基质被传送到针尖，或从针尖到基质。在后一种情况下，亚稳的纳米长度图形能从AFM针尖沉积的很薄的水层形成(Piner等，Langmuir，13：6864(1997))。本发明显示，被传输的分子把自己固定到基质上时，稳定的表面结构就形成了，从而产生一种新的纳米蚀刻技术DPN。