[发明专利]一种自掩模单结多端三维纳米结构的制备方法

权利要求书

1.一种自掩模单结多端三维纳米结构的制备方法，其特征在于，包括下列步骤：

1)衬底上功能薄膜材料的生长：使用化学气相沉积、等离子体增强化学气相沉积、等离子体激光沉积、金属有机物化学气相沉积、低压化学气相沉积、分子束外延、电子束蒸发、热蒸发、溅射、电镀，旋转敷涂其中之一或组合的方法，在导体，半导体或电介质薄膜材料上生长；

2)功能薄膜材料上自掩模微纳米材料的生长：

自掩模微纳米材料的生长方法包括两种：其一是利用聚焦离子束/聚焦电子束直写微纳米材料，步骤包括：(i)薄膜样品的放置与固定；(ii)样品台的调整；(iii)纳米材料直写沉积；其二是通过图形转移的方法：用光刻形成抗试剂图形，然后采用电镀或气相沉积方法生长高高宽比的微纳米材料阵列；

3)步骤2)中制备的样品的放置与固定：

(i)若衬底是具有表面绝缘薄膜层的导电衬底，用导电物质将衬底背面固定在样品托上；若衬底是具有表面导电层的电绝缘衬底，将衬底固定在样品托上后，再用导电物质将样品表面边缘与样品托连接；(ii)将(i)步中固定于样品托上的样品放入离子束刻蚀设备的真空样品腔内的样品台上；

4)基于离子束刻蚀的单结多端三维纳米材料结构的制备：

当离子束以一定的倾斜角入射到步骤(3)中固定好的样品上时，由于离子束辐照可引起对功能薄膜材料的刻蚀作用，但位于自由站立的纳米材料的离子束投影下的功能薄膜层，在其掩模作用下可避免刻蚀，从而形成衬底平面内的功能纳米材料图形结构；

根据离子源的特征，单结多端三维纳米材料结构制备中使用的离子束设备为两种：聚焦离子束系统与宽束离子束系统，对不同的系统，样品托的使用与放置以及辐照刻蚀所使用的参数不同；

使用聚焦离子束刻蚀系统时，制备过程包括：(i)样品台位置的调整；(ii)扫描时间的设置与入射离子束束流的选取；(iii)进行离子束非 垂直辐照形成单结双端纳米结构；(iv)对样品台进行旋转或/与倾斜；(v)通过多次重复步骤(iii)与(iv)，获得单结多端自由站立的三维纳米结构；

使用宽束离子束刻蚀系统时，采用反应离子刻蚀或感应耦合等离子体刻蚀，步骤包括：(i)样品托的选取，(ii)样品的放置，(iii)刻蚀参数的设定，以及(iv)刻蚀形成多端纳米结构；

5)对单结多端自由站立的三维纳米结构的各端分别制备电极：

对位于衬底平面内的纳米结构的非公用端，采用电子束光刻相关工艺，聚焦电子束或离子束诱导的沉积方法形成电极接触；对自掩模自由站立微纳米材料自由端，通过SEM或FIB化学气相沉积原位形成三维电极接触与连线；

6)得成品。

2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中，薄膜材料是单层膜，多层膜或单一衬底结构的单质、化合物、混合物以及杂合物材料体系的平面材料或多维图形结构。

3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤2)中，利用聚焦离子束/聚焦电子束直写纳米材料的方法中，步骤(i)中样品固定采用具有水平表面或具有一定倾斜角θ的样品托，倾斜角在0°≤θ≤90°之间；步骤(ii)中样品台的倾斜角度是任意的，FIB离子束入射方向与掩模材料间的夹角范围为0°＜β＜90°；步骤(iii)中纳米材料的直写沉积，是聚焦电子束/离子束诱导的纳米材料，或是空间混合纳米材料，材料的种类包括金属，半导体，电介质。

4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤2)中，通过图形转移的方法制备自掩模纳米材料时，抗试剂图形的制备采用光学或电子束、离子束曝光技术，制备具有高高宽比的厚胶或多层胶图形，再用电镀或气相沉积或金属沉积，然后采用剥离工艺，生长高高宽比的微纳米材料阵列。

5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤3)中，使用的样品托具有水平表面或具有一定倾斜角，倾斜角角度范围为0°≤θ≤90°。