[发明专利]一种单个微纳米结构转移装置及其转移方法

说明书

技术领域

本发明涉及单个微纳米结构的精确定点转移技术，具体涉及一种单个微纳米结构转移装置及其转移方法。

背景技术

微纳米尺度下的材料和结构因其独特的物理化学性能而广泛应用于信息、能源、环境、生命科学和化工等领域，并且越来越展示出潜在的应用价值。在微纳米材料和结构研究中，往往需要观察和测量单个结构的物理化学特性，例如单根碳纳米管或半导体纳米线的电子输运特性，以探索其在微电子器件中的应用，再如单个金属纳米薄片的光学特性，以探索其在基于光学特性的环境或生物传感器中的应用，以及具有特殊形状的单个纳米结构的电子显微镜表征分析等等。此外，目前在宏观尺度下材料和器件的研究和应用中无法解释的科学问题或技术难题也需要在微纳尺度下寻找原理或解决方法，因此需要将宏观材料与器件加工至微纳米尺度，再通过微观表征检测方式对其开展研究。

在微纳米材料和结构的加工制备过程中，往往众多结构混合在一起，比如使用化学气相沉积法制备纳米线或溶液方法生长纳米颗粒，通常在毫米尺度的衬底或溶液中集合了数以万计的微纳材料和结构，而无法转移出单个结构来进行微观结构和性能观测；另外，将宏观尺度下的材料器件加工至微纳尺度后，也通常需要将其转移至观测仪器中进行研究。目前针对单个微纳米结构的转移通常采用将其稀释分散在溶液中，再将溶液滴定在所需衬底上的方法，这种一次性批量转移方法首先无法做到针对特定的微纳米结构进行定点转移，只能从大范围随机分布在衬底上的微纳米结构中挑选处于所需定点位置的研究对象，其次，无法做到对于感兴趣的单个微纳米结构进行二次转移，一旦微纳米结构吸附至衬底上，将无法再次取出转移至另外衬底上进行其他表征分析或加工，第三，该方法容易在转移过程中引入不明杂质。

发明内容

为了实现单个微纳米结构的精确定点转移，本发明提供一种单个微纳米结构转移装置及其转移方法，通过巧妙的设计实现微纳米结构的精确定点转移。

本发明的一个目的在于提供一种单个微纳米结构转移装置。

本发明的单个微纳米结构转移装置包括：显微镜、微纳操纵器固定架、微纳操纵器、转移探针和微纳结构中转基片；其中，微纳操纵器固定架刚性固定安装在显微镜上；微纳操纵器刚性连接在微纳操纵器固定架上；转移探针安装在微纳操纵器的顶端；微纳结构中转基片位置固定的放置在显微镜的样品台上，在微纳结构中转基片上悬空承载待转移的微纳米结构；微纳结构中转基片包括基片、周期性的凸起平台和坐标标记，在表面平整的基片上通过微纳加工形成周期性的凸起平台和坐标标记，坐标标记为在基片的表面按照固定间距周期性排列的有规律标号，以标记周期性的凸起平台的准确位置，凸起平台之间形成凹槽，凹槽的宽度大于转移探针的尖端的宽度；对于具有一个维度大于凸起平台的微纳米结构，一部分位于凸起平台上，另一部分悬空于凸起平台之间的凹槽上。

待转移的单个微纳米结构要求存在一个维度的尺寸超过5μm，例如准一维纳米线长度超过5μm，准二维纳米薄片的某边长超过5μm。

显微镜采用光学显微镜，或者电子显微镜；显微镜包括显微镜主体、样品台、物镜和成像显示系统；其中，显微镜主体包括机械外壳、成像光路和照明系统；样品台、物镜和成像显示系统均连接至显微镜主体，样品台与物镜相对；样品台具有水平二维位置调节、高度调节以及旋转调节功能；物镜的放大倍率可调，显微镜整体放大倍率最高达到或超过2000～10000倍，物镜的工作距离大于10mm；成像显示系统为一台计算机，要求成像响应速率高，例如成像分辨率50万像素时，帧率超过60帧每秒。

微纳操纵器包括粗调操纵器和细调操纵器；其中，粗调操纵器通过齿轮齿条机构或者阻尼滑轨机构进行三维位置调节，通过轴承锁紧机构进行倾角、摆角和旋转调节；粗调操纵器包括粗调安装固定装置、粗调位置调节机构和粗调传动杆，粗调安装固定装置固定安装在微纳操纵器固定架上，在粗调安装固定装置上安装粗调位置调节机构，在粗调位置调节机构的顶端刚性连接粗调传动杆；细调操纵器通过压电陶瓷或液压机构实现精细的三维位置调节，能够达到优于0.1微米的位置调节分辨率；细调操纵器包括细调安装固定装置、细调位置调节机构、控制器和细调传动杆，在粗调传动杆的顶端设置细调安装固定装置；在细调安装固定装置上设置细调位置调节机构，细调位置调节机构通过导电线缆或液压管连接至控制器，在细调位置调节机构的顶端刚性连接细调传动杆。