[发明专利]一种非晶纳米线与多孔薄膜的原位可操控键合方法

说明书

本发明公开了一种非晶纳米线与多孔薄膜的原位可操控键合方法，将纳米线分散到具有多孔薄膜结构的透射电镜（TEM）样品上，之后放入TEM中，选取自由端突出到多孔薄膜孔洞中的纳米线片段，在TEM的观察下按“纳米线削尖—纳米线弯钩—纳米线键合”工艺进行键合处理。本发明利用透射电镜中高能电子束有针对性辐照，实现了非晶纳米线的削尖、弯钩，并最终与多孔薄膜高质量键合在一起，具有原位、灵活可操控、高精度、低温键合等优点。

技术领域

本发明属于微纳材料加工领域，具体涉及一种非晶纳米线与多孔薄膜的原位可操控键合方法。

背景技术

广义上讲，键合技术是通过在两材料界面间发生化学反应而键合在一起的技术。键合技术广泛应用于MEMS器件、集成电路IC领域，是一项充满活力的高新技术，对我国新技术的发展有十分重要的意义。在MEMS和微电子制造中，键合技术成为微加工中重要的工艺之一，它是微系统和IC系统封装技术中重要的组成部分。目前，随着MEMS和微电子电路集成度的逐步提高，进一步要求在更小的纳米尺度范围内实现其可操控键合技术，或者说要能够在纳米材料与薄膜之间进行可操控的键合技术。其中，纳米线是一种典型的一维纳米材料，长径比大，不仅可以通过彼此间的焊接作为微纳器件的功能性构筑单元，而且还适合通过纳米线与薄膜之间的键合作为器件封装的互连引线等，因此在微纳器件制备、封装领域展现出广泛的应用前景。关于纳米线与纳米线之间的焊接或融合，目前文献中已经有一些相关研究(参见文献：1.Xu S,Tian M,Wang J,et al,Small,2005,1:1221；2.许胜勇，电子显微学报，2007，26:563；3.Cheng L,Su J,Zhu X,Mater Lett,2019,237:286)。但是，关于纳米线与薄膜之间的键合或互连相关技术，现有文献中更多地是通过“自下而上”的方法在衬底表面自组装生长纳米线，研究关注点在于纳米线本身；而对于纳米线与薄膜之间通过人为“自上而下”的方法进行原位、灵活可操控、高精度、低温的键合技术尚没有发现相关报道。

发明内容

针对上述问题，本发明提出一种非晶纳米线与多孔薄膜的原位可操控键合方法。

实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：

一种非晶纳米线与多孔薄膜的原位可操控键合方法，将纳米线分散到具有多孔薄膜结构的透射电镜(TEM)样品上，之后放入TEM中，选取自由端突出到多孔薄膜孔洞中的纳米线片段，在TEM的原位观察下按如下方法进行键合处理：

(1)纳米线削尖：选择合适束斑尺寸和电流密度的聚焦电子束，对纳米线自由端中心轴位置进行辐照，对其进行切割削尖；

(2)纳米线弯钩：将聚焦电子束束斑扩大，从偏离中心轴一侧对纳米线进行辐照，纳米线尖端朝另一侧发生弯钩变形，直至纳米线尖端接触到多孔薄膜待键合位置；

(3)纳米线键合：当纳米线尖端接触到多孔薄膜待键合位置时，立即将电子束束斑的尺寸进一步扩大，同时移动束斑位置，使弯曲的纳米线片段及待键合多孔薄膜均处在电子束辐照范围之内，将纳米线键合到多孔薄膜上。

作为本发明的进一步改进，所述的多孔薄膜的孔径大小超过250nm。

作为本发明的进一步改进，所述的非晶纳米线包括各种非晶金属纳米线、非晶半导体纳米线、非晶绝缘体纳米线、非晶合金纳米线、非晶复合纳米线以及非晶同轴结构纳米线等。

作为本发明的进一步改进，所述的步骤(1)中还包括通过调节电子束束斑尺寸和辐照时间，分别对裁剪纳米线尖端的形状和自由端的长短进行控制调节。

作为本发明的进一步改进，步骤(1)所述束斑尺寸为86±20nm、所述电流密度为52±23A/cm²。

作为本发明的进一步改进，所述的步骤(2)中还包括通过调节电子束束斑相对于纳米线径向和轴向的辐照位置，分别控制纳米线弯钩的方向和位置。