[发明专利]一种用于在单纳米线上制备电极的方法

说明书

技术领域

本发明涉及纳米光电子学、微纳传感技术、微电子学和微纳加工以及一维纳米材料的合成和制备等前沿研究领域，具体涉及一种用于在单纳米线上制备电极的方法。

背景技术

纳米线是径向尺寸为纳米级，而长度方向没有限制的一维纳米结构。作为一种重要的纳米材料，从发现到现在虽然只有不到二十年的时间，但由于其在生化、力学、电磁、以及光电子方面所表现出的特殊性能，而在各领域得到了广泛关注。2001年，《Nature》杂志报道了美国加州伯克利大学杨培东小组研制出世界上最小的，基于ZnO纳米线的室温紫外激光器，表现出了良好的激光性能。2006年《Science》杂志报道了美国佐治亚理工学院的王中林教授利用ZnO纳米线的压电效应发明的纳米发电机，能够将周围的一些微小振动转化为电能，为能源系统微型化和一些无源纳米器件的应用提供了理想的电源系统。2009年《Nature》杂质报道了美国的Lieber教授小组发明的纳米线处理器，该处理器基于Ge/Si纳米线FET，并实现了集成电路中的加法器、减法器、乘法器、除法器和D触发器的功能。纳米线器件具有如此多优异的性能，但是要实现纳米线电接触存在诸多难题，这不但制约了对其性能的进一步研究发掘，也阻碍了纳米线器件的发展和应用。当前实现纳米线电接触的主要方法是利用聚焦离子束（FIB）的焊接技术，基于电子束曝光的纳米光刻技术，以及使用交流介电泳对纳米线进行排列的技术。基于电子束曝光的纳米光刻技术得到了广泛的关注，但是该工艺往往将纳米线随机分散在基底上，并无任何固定措施，所以在后续的工艺中，纳米线经常会由于种种原因而移动或脱离，这使得使用该方法制备纳米线电极的成功率大为降低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于电子束曝光工艺的用于在单纳米线上制备电极的方法。

为达到上述目的，本发明采用了以下技术方案。

该制备电极的方法包括以下步骤：将纳米线分散在绝缘基底上，然后在绝缘基底上覆盖一层纳米级的Al薄膜作为导电层和纳米线的覆盖层，然后在Al薄膜上旋涂电子束光刻胶（PMMA，分子量950k），根据绝缘基底上纳米线的位置对旋涂的电子束光刻胶进行光刻显影、坚膜得到电极的光刻胶图案，然后湿法刻蚀Al薄膜形成底切窗口，然后沉积金属并对沉积在电子束光刻胶上的金属进行剥离，然后腐蚀去除Al薄膜。Al薄膜同时作为电子束光刻的导电层，剥离工艺的底切层以及保护和固定纳米线的保护层，能够显著提高单纳米线电极的制备成功率。

将纳米线超声分散在溶剂中得悬浊液，将悬浊液滴加至绝缘基底上，然后将绝缘基底上的溶剂通过烘烤蒸干，使纳米线分散在绝缘基底上。由于范德华力的作用，纳米线会吸附到基底上，不易脱落。

所述Al薄膜采用溅射沉积获得，厚度为150-500纳米。作为电子束曝光的导电层、固定纳米线的保护层和后续剥离工艺的底切层使用。

所述坚膜在热板上进行，热板温度为100-110℃，坚膜时间为10-25分钟。去除光刻胶中残留的溶剂，增加胶层与Al层的结合性能，在后续刻蚀中起到良好的屏蔽作用，避免不可控的钻蚀出现。

所述湿法刻蚀Al薄膜使用的刻蚀液为0.05-0.3mol/L的四甲基氢氧化铵水溶液，刻蚀时间为60-300秒，刻蚀温度为17-25℃。利用Al薄膜的各向同性刻蚀特点，在PMMA光刻胶图案窗口下刻蚀出Al薄膜底切结构，底切结构可以确保成功剥离电子束光刻胶上的沉积金属。刻蚀时间根据刻蚀液浓度和刻蚀温度而定，刻蚀液浓度和刻蚀温度越高，刻蚀速度越高，但刻蚀形状越难控制。

所述沉积金属的厚度不超过180纳米。作为最终器件的电极材料。

所述制备电极的方法具体包括以下步骤：

1）将CdS纳米线超声分散在溶剂中得纳米线的悬浊液；

2）将绝缘基底清洗干净后加热到90℃，然后在绝缘基底上滴几滴悬浊液，溶剂蒸发除去后CdS纳米线分散在基底上；

3）在分散有CdS纳米线的绝缘基底上溅射沉积200nm厚的Al薄膜；

4）在Al薄膜上旋涂500nm厚的电子束光刻胶（PMMA，聚甲基丙烯酸甲酯）；

5）经过步骤4）后，在电子束曝光机下对覆盖在Al薄膜下的CdS纳米线进行定位，然后进行光刻显影、坚膜；

6）经过步骤5）后，使用0.1mol/L的四甲基氢氧化铵（TMAH）水溶液刻蚀Al薄膜150秒，刻蚀温度为23℃，然后用去离子水反复冲洗，冲洗后使用氮气吹干，吹干后在热板上于100℃烘烤10分钟；