[发明专利]一种亚10nm间隙电极对的制备方法

说明书

本发明提出了一种亚10 nm间隙电极对的制备方法，根据三角形电极对尖端角度不同将电极对尖端设计为交叠/零间距/不交叠等结构；通过电子束光刻得到电极对图案，利用电子束蒸发系统沉积金属；将沉积金属后的电极对放置在SEM中进行热处理，通过电子束的辐照热效应调节电极对顶角间的间距，从而得到亚10 nm间隙电极对。本发明中的制备方法简单易操作，而且可以在观察电极对形貌的同时可控地调节电极对间隙，得到想要的电极对间距，完全克服了当前亚10 nm间隙电极对尖端相互粘连和间隙尺寸难于精确控制的制备工艺难题。

技术领域

本发明涉及极限尺寸微纳加工技术领域，具体涉及一种亚10nm间隙电极对的制造方法。

背景技术

纳米间隙是分子电子学领域的重要研究工具，通过将单个或多个分子集成在纳米间隙中间，利用其之间的相互作用探索分子的内在特性。可以用以形成光电探测器、超快纳米晶体管等分子级器件及设备，挑战性能上的极限。此外亚10nm间隙结构在电子生物传感器、纳米天线、表面增强拉曼光谱、等离激元器件等应用中也发挥着重要作用，因此稳定可靠地制备亚10nm间隙对研究基于纳米间隙的器件至关重要。通常具有高分辨率的电子束光刻是最常见最直接的技术手段，但由于电子束曝光时的临近效应以及纳米尺寸金属电极的热胀冷缩效应，很难稳定得到亚10nm间隙，时常出现电极尖端相互粘连和间隙尺寸难于精确控制的难题，导致微制造工艺的失败。

CN101067719A公开了一种构筑亚10纳米间隙及其阵列的方法，该方法利用了电子束光刻技术中的邻近效应，将两个图案设计成连续(顶点连接但不交叠)，通过控制电子束的刻蚀能量与图形转移将两个图案的gap控制在亚10纳米级。该方法虽然简单易行，但在实际制备过程中由于电子束光刻时的邻近效应，并不适用于所有角度的三角形电极，尤其当电极尖端角度较大时，图形转移后电极之间很容易粘连在一起而无法形成gap。

CN104465327A公开了一种纳米对电极及其制备方法，通过将纳米对电极设计为长方形加三角形的形状，减弱电子束曝光时的邻近效应，得到间距3-10nm的纳米对电极。其中长方形的短边和三角形的一条边重合，两个长条形部分的三角形相互面对形成点接触，通过调整曝光版图中三角形顶角的角度，对纳米对电极的间距进行修正。该方法工艺简单、适合大规模生产，但该专利中也提到当版图接触角度较小时，即使零间隙版图曝光制作的电极间距也会超过10nm，而当版图接触角度太大时，邻近效应比较明显，很难形成10nm以下的间隙。

CN110993487A公开了一种亚10nm间隙结构的制备方法及其应用，通过将版图设计成对顶结构的交叠图形，克服了当设计的对顶结构的顶角小于40°时存在的欠曝光问题，成功制备得到亚10纳米间隙结构。但该方法并不适用于顶角大于40°时的对顶结构且文中并未提及相应的解决方案。

CN112086345A公开了一种尺寸在10nm以下的电极间隙的制备方法及其产品和用途，通过将掩模图形设计成对顶结构的交叠形状，利用欠曝光来抵消邻近效应的影响，实现尺寸在10nm以下的电极间隙的加工和制备。

上述专利中所提到的方法大多要通过精准的图形设计和电子束曝光的邻近效应/欠曝光进行制备，具有很多的限制和不确定性，因此如何更加灵活、便捷、可控的制备亚10nm间隙电极对一直是人们面临的技术难题。

发明内容

本发明的目的在于提出一种亚10nm间隙电极对的制造方法，可以更加灵活可控地制备亚10nm间隙电极对。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种亚10nm间隙电极对的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，根据电极对尖端角度设计掩模图形；

步骤2，在衬底上旋涂电子束胶，利用电子束光刻形成掩模图形，再在表面沉积金属；