[发明专利]一种采用自对准成型制备三维纳米空间电极的方法

说明书

技术领域

本发明涉及三维微纳器件制备技术领域，特别涉及一种基于热退火对自由站立的聚焦离子束辅助或者电子束辅助沉积生长的铂纳米线的形变操纵来制备三维弯曲微纳结构的方法，在不破坏原来内部结构的情况下，特别适用于三维纳米空间电极的制备。

背景技术

随着纳米技术的发展，对低维材料物性的研究越来越广泛，特别是对一维纳米线的研究已经大规模展开，关于各种各样纳米线的文章层出不穷，为了将纳米线运用于微纳尺寸的电路，关于纳米线电学性质的测量是必不可少的。对于处于介观尺寸的纳米线，由于其尺寸非常小，使得对其电学性质的测量研究变得非常困难，测量手段十分有限。

现有的测量纳米线电学性质的方法可以分为两大类：一.原位测量法。这种方法中AFM、STM、SPM等显微镜的导电探针被用来当作纳米管的其中一个接触电极，对纳米管的观察和操纵，电接触的实现及电测量都是在显微镜腔中进行的。该方法有一系列缺点例如：对纳米管进行变温、加外场、通气体等情况下的电学输运性质研究比较困难。其中最大的缺点就是该方法只能用来进行纳米线物性的研究，不能应用于实际的电路大规模生产中。

二.将制备电极和电学性质测量分开进行的方法。此种方法采用现代微加工技术，利用电子束光刻、离子束辅助沉积金属等手段来制作电极，将分散在绝缘衬底上的纳米管带上宏观接触电极，然后就可以比较简便的测量其电学特性。但是该方法不可避免的对纳米线造成污染和破坏。因此急需寻找一种可以克服以上缺点的三维原位电极的制备方法。

此外，随着器件向着小型化发展，人们致力于提高器件密度，对三维器件的构造是提高器件密度的途径之一。寻找一种三维可控的空间纳米结构的制造方法已经引起越来越多人的关注。

发明内容

(一)要解决的技术问题

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种采用自对准成型制备三维纳米空间电极的方法，以解决目前三维纳米结构电极制备方法短缺的问题，达到在不损伤原有三维纳米结构的基础上制备三维纳米结构电极的目的。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明提供了一种采用自对准成型制备三维纳米空间电极的方法，包括：

将样品固定于衬底上，衬底固定于样品托上，将固定有样品及衬底的样品托放置于电子束/离子束双束设备真空腔内的样品台上；

采用电子显微镜在样品上找到特定纳米结构，然后采用聚焦离子束或电子束辅助沉积技术在样品上生长与衬底成一定夹角的铂纳米线；

采用热退火方式对制备的铂纳米线进行形变操作；以及

生长电极接触块或连线，得到三维纳米空间电极。

上述方案中，所述将样品固定于衬底上，衬底固定于样品托上，包括：若衬底正面为绝缘层，背面为导电层，则将该衬底背面导电层与样品托接触，并用导电物质将衬底固定于样品托上；若衬底正面为导电层，背面为绝缘层，则将该衬底背面绝缘层与样品托接触，并将样品固定于样品托上后再用导电物质将衬底正面导电层与样品托连接。

上述方案中，所述采用电子显微镜在样品上找到特定纳米结构后，还包括：选定铂纳米线生长的位置及铂纳米线与铂前躯体源的相对位置，并对铂纳米线与铂前躯体源的相对位置进行调节。所述对铂纳米线与铂前躯体源的相对位置进行调节的步骤中，该相对位置的控制是通过旋转样品台实现的。所述采用聚焦离子束或电子束辅助沉积技术在样品上生长与衬底成一定夹角的铂纳米线包括：采用电子显微镜在样品上找到特定纳米结构后，通过FIB/SEM双束系统自带的气体辅助沉积系统引入金属有机物气态分子源，在所选定的铂纳米线生长的位置启动离子束或者电子束的点扫描模式，在离子束或电子束的作用下，吸附在衬底表面的金属有机分子分解成金属原子和相关气体，金属原子沉积在扫描位置处，相关气体则被真空系统抽走，从而在扫描位置处形成铂原子的沉积；并且金属有机分子会继续吸附在衬底表面，由于扫描点的位置不变，因此沉积会在相同的位置处发生且沉积的铂原子层高度不断增大；铂纳米线高度的控制是通过控制点扫描的时间来控制的；铂纳米线的直径是通过束流的选取，聚焦的调整来进行控制的；由于沉积高度是沿着离子束或者电子束的入射方向，因此所沉积的纳米柱的取向由离子束或者电子束的入射方向决定，通过调整样品台的倾斜方向能够使离子束或者电子束以一定的角度入射到样品台上，从而能够控制生长与衬底成一定夹角的铂纳米线。所述铂纳米线的长度通过沉积时间来控制，铂纳米线的直径由生长时的聚焦程度和所用的电子束/离子束的束流决定；所采用的铂纳米柱直径小于3微米且长径比大于1∶1，通过退火来调控使其形变弯曲。