[发明专利]一种自掩模单结多端三维纳米结构的制备方法

摘要

本发明公开了一种自掩模单结多端三维纳米结构的制备方法，涉及纳米结构制备技术，包括：(1)衬底上功能薄膜材料的生长；(2)功能薄膜材料上自掩模微纳米材料的生长；(3)步骤(2)中制备的样品的放置与固定；(4)基于离子束刻蚀的单结多端三维纳米材料结构的制备；(5)对单结多端自由站立的三维纳米结构的各端分别制备电极；(6)得成品。本发明方法在制备中，位置，结构与尺寸精确可控，三维纳米结构的物性与机械性能均匀可靠，为纳米器件物性的稳定，集成度的提高以及与多功能混合集成提供了新的技术途径。

主权项

一种自掩模单结多端三维纳米结构的制备方法，其特征在于，包括下列步骤：1)衬底上功能薄膜材料的生长：使用化学气相沉积、等离子体增强化学气相沉积、等离子体激光沉积、金属有机物化学气相沉积、低压化学气相沉积、分子束外延、电子束蒸发、热蒸发、溅射、电镀，旋转敷涂其中之一或组合的方法，在导体，半导体或电介质薄膜材料上生长；2)功能薄膜材料上自掩模微纳米材料的生长：自掩模微纳米材料的生长方法包括两种：其一是利用聚焦离子束/聚焦电子束直写微纳米材料，步骤包括：(i)薄膜样品的放置与固定；(ii)样品台的调整；(iii)纳米材料直写沉积；其二是通过图形转移的方法：用光刻形成抗试剂图形，然后采用电镀或气相沉积方法生长高高宽比的微纳米材料阵列；3)步骤2)中制备的样品的放置与固定：(i)若衬底是具有表面绝缘薄膜层的导电衬底，用导电物质将衬底背面固定在样品托上；若衬底是具有表面导电层的电绝缘衬底，将衬底固定在样品托上后，再用导电物质将样品表面边缘与样品托连接；(ii)将(i)步中固定于样品托上的样品放入离子束刻蚀设备的真空样品腔内的样品台上；4)基于离子束刻蚀的单结多端三维纳米材料结构的制备：当离子束以一定的倾斜角入射到步骤(3)中固定好的样品上时，由于离子束辐照可引起对功能薄膜材料的刻蚀作用，但位于自由站立的纳米材料的离子束投影下的功能薄膜层，在其掩模作用下可避免刻蚀，从而形成衬底平面内的功能纳米材料图形结构；根据离子源的特征，单结多端三维纳米材料结构制备中使用的离子束设备为两种：聚焦离子束系统与宽束离子束系统，对不同的系统，样品托的使用与放置以及辐照刻蚀所使用的参数不同；使用聚焦离子束刻蚀系统时，制备过程包括：(i)样品台位置的调整；(ii)扫描时间的设置与入射离子束束流的选取；(iii)进行离子束非 垂直辐照形成单结双端纳米结构；(iv)对样品台进行旋转或/与倾斜；(v)通过多次重复步骤(iii)与(iv)，获得单结多端自由站立的三维纳米结构；使用宽束离子束刻蚀系统时，采用反应离子刻蚀或感应耦合等离子体刻蚀，步骤包括：(i)样品托的选取，(ii)样品的放置，(iii)刻蚀参数的设定，以及(iv)刻蚀形成多端纳米结构；5)对单结多端自由站立的三维纳米结构的各端分别制备电极：对位于衬底平面内的纳米结构的非公用端，采用电子束光刻相关工艺，聚焦电子束或离子束诱导的沉积方法形成电极接触；对自掩模自由站立微纳米材料自由端，通过SEM或FIB化学气相沉积原位形成三维电极接触与连线；6)得成品。