專利名稱：空氣橋式納米器件的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及納米技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種空氣橋式納米器件的制備方法。
背景技術(shù)：
納米結(jié)構(gòu)材料是一種新型結(jié)構(gòu)材料，由于其電子在受到空間制約的通道內(nèi)傳輸時(shí) 會(huì)產(chǎn)生量子效應(yīng)，因此，表現(xiàn)出良好的物理、化學(xué)、生物等方面的性能，具有廣泛的應(yīng)用背 景。納米器件是由納米結(jié)構(gòu)材料制備的，納米器件是人類探索電學(xué)、磁學(xué)、力學(xué)和生物系統(tǒng) 的關(guān)鍵技術(shù)，納米器件對人類保護(hù)環(huán)境、控制污染、生產(chǎn)食品和提高人類能力產(chǎn)生重大的影 響。目前，由納米結(jié)構(gòu)材料制備的納米器件在光學(xué)元件、應(yīng)力器件、傳感器和集成電路等方 面有著廣泛的應(yīng)用。在集成電路領(lǐng)域中，隨著CMOS集成電路中器件尺寸的不斷減小和集成密度的不 斷提高，電路中的布局策略已經(jīng)成為一個(gè)關(guān)鍵問題，優(yōu)良的布局策略可以提高電路的效率， 減少線路上的功耗和延遲時(shí)間。為了滿足集成電路中優(yōu)良的布局策略的要求，制備集成電 路的納米器件需要具備靈活的特點(diǎn)?？諝鈽蚴郊{米結(jié)構(gòu)作為一種可以連接兩種或多個(gè)器件 的懸空的結(jié)構(gòu)，可以很好的滿足納米器件靈活性的要求，因此空氣橋式納米結(jié)構(gòu)在納米器 件等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。為了控制制備的空氣橋式納米器件的尺寸和形狀，現(xiàn)有技術(shù)中報(bào)道了多種納米器 件的制備方法。例如，在軟模板上通過預(yù)先的修飾將納米材料部分扣訂在襯底表面，再通過 利用物理方法實(shí)現(xiàn)襯底的形變，從而實(shí)現(xiàn)納米材料的形變，從而制備得到空氣橋式納米器 件。但是，由于該方法需要物理方法實(shí)現(xiàn)對襯底的形變，從而實(shí)現(xiàn)納米材料的形變，因此， 該方法工藝復(fù)雜并且在制備空氣橋式納米器件的過程中，空氣橋式納米器件的形貌不易控 制。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于提供一種空氣橋式納米器件的制備方 法，該方法工藝簡單，該方法可以很好的控制空氣橋式納米器件的形貌特征。本發(fā)明提供一種空氣橋式納米器件的制備方法，包括提供襯底，在所述襯底上有多個(gè)不連續(xù)的、沿著所述襯底的表面延伸的納米支撐 體，所述納米支撐體的橫截面形狀為半圓形；提供帶有多個(gè)納米縫隙的掩膜；將所述掩膜覆蓋在所述襯底上的納米支撐體上；在所述掩膜的納米縫隙處沉積納米導(dǎo)電材料，所述納米導(dǎo)電材料同時(shí)沉積在所述 多個(gè)納米支撐體的表面和相鄰的納米支撐體之間的襯底上，移除所述納米支撐體和掩膜， 得到空氣橋式納米器件。優(yōu)選的，還包括在所述襯底與所述納米支撐體之間形成納米線條，所述納米線條的延展方向與所述納米縫隙的延展方向呈60 90°。優(yōu)選的，所述納米縫隙的延伸方向與所述納米支撐體的延伸方向大體垂直。優(yōu)選的，所述多個(gè)納米支撐體平行排列。優(yōu)選的，所述多個(gè)納米支撐體由如下方法制備步驟al)在襯底上涂覆光刻膠的有機(jī)溶液，烘干；步驟bl)預(yù)設(shè)曝光形狀，利用電子束曝光系統(tǒng)將步驟al)得到的產(chǎn)物曝光、顯影和 定影，得到多個(gè)納米預(yù)制體；步驟cl)將所述多個(gè)納米預(yù)制體加熱至熔融狀態(tài)，重塑成型，冷卻，得到納米支撐 體。優(yōu)選的，所述步驟al)具體為在襯底上以2000 6000轉(zhuǎn)/秒的速度旋涂光刻膠的有機(jī)溶液，在170 220°C烘 烤2 8分鐘。優(yōu)選的，所述步驟bl)具體為預(yù)設(shè)曝光形狀為矩形，利用電子束曝光系統(tǒng)，將步 驟al)得到的產(chǎn)物在10 20KeV的加速電壓下，以70 210uAS/cm2的曝光劑量、22 28nm 的最小步距曝光，顯影0. 5 2分鐘，定影0. 5 2分鐘，得到多個(gè)納米預(yù)制體。優(yōu)選的，所述帶有多個(gè)納米縫隙的掩膜按如下方法制備步驟a2)在襯底上涂覆光刻膠的有機(jī)溶液，烘干；步驟b2)預(yù)設(shè)曝光形狀，利用電子束曝光系統(tǒng)將步驟a2)得到的產(chǎn)物曝光、顯影和 定影，然后在堿性溶液中水解，得到帶有多個(gè)納米縫隙的掩模。優(yōu)選的，所述在掩膜的納米縫隙處沉積納米導(dǎo)電材料具體為利用氬離子濺射沉積、激光濺射沉積、熱蒸發(fā)沉積或電子束熱蒸發(fā)沉積的方法在 掩模的納米縫隙處沉積80 300nm厚度的納米導(dǎo)電材料，蒸發(fā)電流為45 70A，蒸發(fā)速率 為 0.07 0.2A/S。優(yōu)選的，所述襯底為厚度為100 IOOOnm的Si與SiO2構(gòu)成的復(fù)合襯底。從上述的技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明提供一種空氣橋式納米器件的制備方法，該 方法提供襯底，在所述襯底上有多個(gè)不連續(xù)的、沿著所述襯底的表面延伸的、橫截面形狀為 半圓形的納米支撐體，將帶有多個(gè)納米縫隙的掩膜覆蓋在所述納米支撐體上，在所述掩膜 的納米縫隙處沉積納米導(dǎo)電材料，移除所述納米支撐體和掩膜，得到空氣橋式納米器件。與 現(xiàn)有技術(shù)相比，無需利用物理方法通過實(shí)現(xiàn)襯底的形變來實(shí)現(xiàn)納米材料的形變，本發(fā)明工 藝簡單，并且可以通過調(diào)控納米支撐體的大小來調(diào)控最終形成的空氣橋結(jié)構(gòu)的大小，因此， 可以很好的控制納米器件的形貌特征，制備的納米器件有很好的形貌均一性。此外，由于本 發(fā)明在空氣橋式納米器件的制備過程中，無需采用扣定的處理方式，因此適用于大多數(shù)的 納米導(dǎo)電材料的納米器件的制備。


為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn) 有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本 發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以 根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
圖1為本發(fā)明實(shí)施例1公開的空氣橋式納米器件的光學(xué)顯微鏡圖像；圖2為本發(fā)明實(shí)施例1公開的空氣橋式納米器件的光學(xué)顯微鏡圖像；圖3為本發(fā)明實(shí)施例1公開的空氣橋式納米器件的光學(xué)顯微鏡圖像；圖4為本發(fā)明實(shí)施例1公開的空氣橋式納米器件的光學(xué)顯微鏡圖像；圖5為本發(fā)明實(shí)施例2公開的空氣橋式納米器件的掃描隧道顯微鏡圖像；圖6為本發(fā)明實(shí)施例2公開的空氣橋式納米器件的光學(xué)顯微鏡圖像；圖7為本發(fā)明實(shí)施例1公開的空氣橋式納米器件的制備示意圖。
具體實(shí)施例方式下面對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例 僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通 技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。本發(fā)明公開了一種空氣橋式納米器件的制備方法，包括提供襯底，在所述襯底上有多個(gè)不連續(xù)的、沿著所述襯底的表面延伸的納米支撐 體，所述納米支撐體的橫截面形狀為半圓形；提供帶有多個(gè)納米縫隙的掩膜；將所述掩膜覆蓋在所述襯底上的納米支撐體上；在所述掩膜的納米縫隙處沉積納米導(dǎo)電材料，所述納米導(dǎo)電材料同時(shí)沉積在所述 多個(gè)納米支撐體的表面和相鄰的納米支撐體之間的襯底上，移除所述納米支撐體和掩膜， 得到空氣橋式納米器件。按照本發(fā)明，所述襯底優(yōu)選為Si與SiO2構(gòu)成的復(fù)合襯底，所述襯底厚度優(yōu)選為 100 lOOOnm，更優(yōu)選為200 800nm，最優(yōu)選為300nm。所述掩模的厚度優(yōu)選為0. 5 5ym，更優(yōu)選為1 3μπι，最優(yōu)選為1.2μπι。優(yōu)選的，所述納米縫隙的延伸方向與所述納米 支撐體的延伸方向大體垂直。所述多個(gè)納米支撐體優(yōu)選為平行排列。按照本發(fā)明，所述多個(gè)納米支撐體優(yōu)選由如下方法制備步驟al)在襯底上涂覆光刻膠的有機(jī)溶液，烘干；步驟bl)預(yù)設(shè)曝光形狀，利用電子束曝光系統(tǒng)將步驟al)得到的產(chǎn)物曝光、顯影和 定影，得到多個(gè)納米預(yù)制體；步驟cl)將所述多個(gè)納米預(yù)制體加熱至熔融狀態(tài)，重塑成型，冷卻，得到納米支撐 體。以預(yù)設(shè)曝光形狀為矩形為例，由于步驟al)得到的產(chǎn)物具有一定的厚度，因此，納 米預(yù)制體呈長方體，所述納米預(yù)制體由于達(dá)到玻璃化溫度而處于熔融狀態(tài)，熔融狀態(tài)的納 米預(yù)制體重新塑形，該納米預(yù)制體的棱角被去除，納米預(yù)制體重塑成型，因此，納米預(yù)制體 由長方體轉(zhuǎn)變?yōu)榘雸A柱體，因此，所述納米支撐體的橫截面形狀為半圓形。本發(fā)明可以很好 的控制納米器件的形貌特征，制備的納米器件有很好的形貌均一性。上述步驟cl)優(yōu)選為將步驟bl)得到的產(chǎn)物優(yōu)選加熱至120°C 140°C，更優(yōu)選 為135°C，優(yōu)選保溫1 2小時(shí)，所述冷卻優(yōu)選采用自然冷卻。上述步驟al)優(yōu)選為在襯底上以2000 6000轉(zhuǎn)/秒的速度旋涂光刻膠的有機(jī)溶液，在170 220°C烘烤2 8分鐘。所述光刻膠的有機(jī)溶液的質(zhì)量濃度優(yōu)選為 9 %，更優(yōu)選為3 % 9 %，最優(yōu)選為6 %。所述有機(jī)溶劑優(yōu)選為氯仿或甲醚。所述步驟al)中 的光刻膠優(yōu)選為聚甲基丙烯酸甲脂，所述聚甲基丙烯酸甲脂的重均分子量優(yōu)選為50000 950000，更優(yōu)選為100000 950000，最優(yōu)選為495000 950000。所述旋涂光刻膠的有機(jī) 溶液過程中，速度更優(yōu)選為2000 5000轉(zhuǎn)/秒，最優(yōu)選為2000轉(zhuǎn)/秒；所述烘烤的溫度更 優(yōu)選為170 200°C，最優(yōu)選為180°C;所述烘烤的時(shí)間更優(yōu)選為3 7分鐘，最優(yōu)選為4分 鐘。所述步驟bl)具體為預(yù)設(shè)曝光形狀為矩形，利用電子束曝光系統(tǒng)，將步驟al)得 到的產(chǎn)物在10 20KeV的加速電壓下，以70 210uAS/cm2的曝光劑量、22 28nm的最小 步距曝光，顯影0. 5 2分鐘，定影0. 5 2分鐘，得到納米預(yù)制體。所述加速電壓更優(yōu)選為 12 18KeV，最優(yōu)選為15KeV。所述曝光計(jì)量更優(yōu)選為100 200uAS/cm2，最優(yōu)選為150uAS/ cm2。所述最小步距更優(yōu)選為24 27nm，最優(yōu)選為25.6nm。所述顯影時(shí)間更優(yōu)選為1 2 分鐘，最優(yōu)選為1. 5 2分鐘。所述定影時(shí)間更優(yōu)選為1 2分鐘，最優(yōu)選為1分鐘。按照本發(fā)明，所述帶有多個(gè)納米縫隙的掩膜優(yōu)選按如下方法制備步驟a2)在襯底上涂覆光刻膠的有機(jī)溶液，烘干；步驟b2)預(yù)設(shè)曝光形狀，利用電子束曝光系統(tǒng)將步驟a2)得到的產(chǎn)物曝光、顯影和 定影，然后在堿性溶液中水解，得到帶有多個(gè)納米縫隙的掩模。上述步驟a2)優(yōu)選為在襯底上以2000 6000轉(zhuǎn)/秒的速度旋涂光刻膠的有機(jī) 溶液，在170 220°C烘烤2 8分鐘。所述光刻膠的有機(jī)溶液的質(zhì)量濃度優(yōu)選為 9 %，更優(yōu)選為3 % 9 %，最優(yōu)選為6 %。所述有機(jī)溶劑優(yōu)選為氯仿或甲醚。所述步驟a2)中 的光刻膠優(yōu)選為聚甲基丙烯酸甲脂，所述聚甲基丙烯酸甲脂的重均分子量優(yōu)選為50000 950000，更優(yōu)選為100000 950000，最優(yōu)選為495000 950000。所述旋涂光刻膠的有機(jī) 溶液過程中，速度更優(yōu)選為2000 5000轉(zhuǎn)/秒，最優(yōu)選為2000轉(zhuǎn)/秒；所述烘烤的溫度更 優(yōu)選為170 200°C，最優(yōu)選為180°C;所述烘烤的時(shí)間更優(yōu)選為3 7分鐘，最優(yōu)選為4分 鐘。上述步驟b2)優(yōu)選為利用電子束曝光，將步驟a2)得到的產(chǎn)物在10 20KeV的 加速電壓下，以70 210uAS/cm2的曝光劑量、22 28nm的最小步距曝光，顯影0. 5 2分 鐘，定影0. 5 2分鐘。所述加速電壓更優(yōu)選為12 18KeV，最優(yōu)選為15KeV。所述曝光計(jì) 量更優(yōu)選為100 200uAS/cm2，最優(yōu)選為150uAS/cm2。所述最小步距更優(yōu)選為24 27nm， 最優(yōu)選為25. 6nm。所述顯影時(shí)間更優(yōu)選為1 2分鐘，最優(yōu)選為1. 5 2分鐘。所述定影 時(shí)間更優(yōu)選為1 2分鐘，最優(yōu)選為1分鐘。上述步驟b2)中所述堿性溶液優(yōu)選為0. 5 2mol/L的KOH溶液，更優(yōu)選為lmol/L 的KOH溶液。所述堿性溶液的溫度優(yōu)選為70 90°C，更優(yōu)選為80 90°C。上述步驟b2) 中在堿性溶液中水解，得到帶有多個(gè)納米縫隙的掩模，優(yōu)選具體為將步驟a2)得到的產(chǎn)物 浸沒于的KOH溶液中，浸泡8 15分鐘，從而使襯底與步驟a2)得到的產(chǎn)物相互分離，形成 獨(dú)立的薄膜，得到帶有多個(gè)納米縫隙的掩模。按照本發(fā)明，將所述掩膜覆蓋在所述襯底上的納米支撐體上，可以使所述掩膜上 的納米縫隙與所述多個(gè)納米支撐體的表面和相鄰的納米支撐體之間的襯底上，所述納米縫 隙的延伸方向與所述納米支撐體的延伸方向可以呈60 90°，優(yōu)選為大體垂直。
按照本發(fā)明，所述在掩膜的納米縫隙處沉積納米導(dǎo)電材料具體為利用氬離子濺 射沉積、激光濺射沉積、熱蒸發(fā)沉積或電子束熱蒸發(fā)沉積的方法在在掩模的納米縫隙處沉 積80 300nm厚度的納米材料，蒸發(fā)電流為45 70A，蒸發(fā)速率為0.07~0.2A/S。所述納 米導(dǎo)電材料優(yōu)選為致密成膜的納米導(dǎo)電材料或梳理的納米導(dǎo)電材料，所述梳理的納米導(dǎo)電 材料優(yōu)選為可以自由彎曲的納米線或者納米條帶，所述納米導(dǎo)電材料更優(yōu)選為Au納米材 料。所述移除所述納米支撐體和掩膜，得到空氣橋式納米器件，優(yōu)選為揭下掩模，在丙酮溶 液中溶解移除納米支撐體，得到空氣橋式納米器件。此外，本發(fā)明還優(yōu)選包括在所述襯底與所述納米支撐體之間形成納米線條，所述納米線條的延展方向與所 述納米縫隙的延展方向呈60 90°。所述納米線條的延展方向與所述納米縫隙的延展方 向優(yōu)選呈70 90°，更優(yōu)選呈80 90°，最優(yōu)選呈90°。為保證空氣橋式納米器件的潔凈度，所有操作優(yōu)選保持在100潔凈度的超凈間中 完成，在制備過程中用到的器材優(yōu)選通過丙酮、無水乙醇、去離子超凈水的超聲清洗，在樣 品的制備過程中優(yōu)選將儀器放置在高真空條件下。本發(fā)明通過改變納米支撐體的高度，寬度等可以調(diào)制波浪形結(jié)構(gòu)高度和跨度等； 通過改變掩模的寬度和形狀調(diào)制空氣橋式納米器件的寬度和形狀等。從上述的技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明提供一種空氣橋式納米器件的制備方法，該 方法提供襯底，在所述襯底上有多個(gè)不連續(xù)的、沿著所述襯底的表面延伸的、橫截面形狀為 半圓形的納米支撐體，將帶有多個(gè)納米縫隙的掩膜覆蓋在所述納米支撐體上，在所述掩膜 的納米縫隙處沉積納米導(dǎo)電材料，移除所述納米支撐體和掩膜，得到空氣橋式納米器件。與 現(xiàn)有技術(shù)相比，無需利用物理方法通過實(shí)現(xiàn)襯底的形變來實(shí)現(xiàn)納米材料的形變，本發(fā)明工 藝簡單，并且可以通過調(diào)控納米支撐體的大小來調(diào)控最終形成的空氣橋結(jié)構(gòu)的大小，因此， 可以很好的控制納米器件的形貌特征，制備的納米器件有很好的形貌均一性。此外，由于本 發(fā)明在空氣橋式納米器件的制備過程中，無需采用扣定的處理方式，因此適用于大多數(shù)的 納米導(dǎo)電材料的納米器件的制備。為了進(jìn)一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方案進(jìn)行 描述，但是應(yīng)當(dāng)理解，這些描述只是為進(jìn)一步說明本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)，而不是對本發(fā)明權(quán) 利要求的限制。實(shí)施例1步驟1)將Si和SiO^i成的復(fù)合襯底(其中，Si片的晶格取向?yàn)閘ll，Si02層的厚 度為300納米)切割成IcmX Icm的小塊，通過丙酮、無水乙醇、去離子水分別超聲五分鐘， 氮?dú)獯蹈桑玫綐悠稟，在樣品A上以4000轉(zhuǎn)/秒的速度旋涂GermanTech Co. Ltd.的PMMA AR-P 671. 06的氯仿溶液(重均分子量為950K，該光刻膠的質(zhì)量百分濃度為6% )，在180°C 熱臺烘膠4分鐘，得到厚度為1. 2微米的光刻膠層；步驟2)將步驟1)得到的旋涂有PMMA的樣品A放入電子束曝光機(jī)(Raithe_Line) 中，在電子束曝光機(jī)中預(yù)設(shè)曝光形狀，在15KV的加速電壓下，以150uAS/cm2的劑量，25. 6nm 的最小步距曝光，顯影90秒，定影一分鐘，曝光得到多個(gè)長方體形狀的納米預(yù)制體，如圖7C 所示；步驟3)將所述多個(gè)納米預(yù)制體放入烘箱中130°C加熱2個(gè)小時(shí)，重塑成型，自然冷卻到室溫，得到多個(gè)納米支撐體，如如圖8和圖7D所示；步驟4)另取一塊表面覆蓋300納米厚度氧化硅層的硅片，切割成IcmX Icm的小 塊，通過丙酮、無水乙醇、去離子水分別超聲五分鐘，氮?dú)獯蹈?，得到樣品B，在樣品B上以 4000轉(zhuǎn)/秒的速度旋涂PMMA 671. 06的氯仿溶液(重均分子量為950K，該光刻膠的質(zhì)量百 分濃度為6% )，熱臺180°C烘膠4分鐘，得到厚度為1. 2微米的光刻膠層；步驟5)如圖9所示，將步驟4)得到的旋涂有PMMA的樣品B放入電子束曝光機(jī) (Raith e_Line)中，預(yù)設(shè)曝光形狀，在15KV的加速電壓下，以150uAS/cm2的劑量，25. 6nm的 最小步距曝光，顯影90秒，定影一分鐘，得到有多個(gè)納米縫隙的樣品B，如圖7A所示；步驟6)如圖10所示，將步驟5)中得到的樣品B浸沒于lmol/L的KOH溶液中，在 85攝氏度浸泡10分鐘，由于PMMA在堿性溶液中的輕微水解，帶有納米縫隙的PMMA薄膜從 二氧化硅表面脫離形成獨(dú)立的薄膜，得到PMMA軟掩模板，用去離子水清洗薄膜表面殘余的 KOH溶液，如圖7B所示；步驟7)將步驟6)得到的軟掩模板覆蓋于步驟3)得到的襯底上的納米支撐體上， 所述掩模板上的納米縫隙覆蓋在所述多個(gè)納米支撐體和相鄰的納米支撐體之間的襯底上， 所述納米縫隙的延伸方向與所述納米支撐體的延伸方向大體垂直，自然蒸發(fā)干燥，得到樣
m I ；步驟8)如圖11所示，采用熱蒸發(fā)的方法在樣品C表面沉積Au納米導(dǎo)電材料，得 到120nm厚度的Au納米薄膜，所述Au納米導(dǎo)電材料同時(shí)沉積在所述納米支撐體的表面和 相鄰的納米支撐體之間的襯底上，其中，所述熱蒸發(fā)沉積方法中，蒸發(fā)電流為55A，蒸發(fā)速率 為0.1A/S,如圖7E所示;步驟9)在去離子水中將樣品C浸泡10分鐘，用鑷子從邊緣緩慢揭下PMMA軟掩模 板，即在納米支撐體表面留下預(yù)先設(shè)計(jì)的金材質(zhì)納米圖形，在丙酮溶液中溶解除去納米支 撐體，如圖7F所示，得到空氣橋式納米器件。如圖1、圖2、圖3和圖4所示，為本實(shí)施例制備的空氣橋式納米器件的光學(xué)顯微鏡 圖像，從圖中可以看出，本發(fā)明制備的空氣橋式納米器件為波浪形三維納米結(jié)構(gòu)，有很好的 形貌均一性。實(shí)施例2步驟1)將帶有定位標(biāo)記的Si和SiOdi成的復(fù)合襯底(其中，Si片的晶格取向?yàn)?111，SiO2層的厚度為300納米)切割成IcmX Icm的小塊，通過丙酮、無水乙醇、去離子水分 別超聲五分鐘，氮?dú)獯蹈桑玫綐悠稟 ；步驟2)如圖13所示，在樣品A上沉積Au納米線；步驟3)在步驟2)得到的樣品A上以4000轉(zhuǎn)/秒的速度旋涂GermanTechCo. Ltd. 的PMMA AR-P 671. 06的氯仿溶液(重均分子量為950K，該光刻膠的質(zhì)量百分濃度為6% )， 熱臺180°C烘膠4分鐘，得到厚度為1. 2微米的光刻膠層；步驟4)將步驟3)得到的旋涂有PMMA的樣品A放入電子束曝光機(jī)(Raithe_Line) 中，在電子束曝光機(jī)中預(yù)設(shè)曝光形狀，利用樣品A表面預(yù)先存在的定位標(biāo)記，找到步驟2)中 的Au納米線，在15KV的加速電壓下，以150uAS/cm2的劑量，25. 6nm的最小步距，在所述納 米結(jié)構(gòu)的上方曝光，顯影90秒，定影一分鐘，得到多個(gè)長方體形狀的納米預(yù)制體，如圖14所 示，所述納米預(yù)制體覆蓋在步驟2)制備的Au納米線的上方；
步驟5)將將所述多個(gè)納米預(yù)制體放入烘箱中130°C加熱2個(gè)小時(shí)，使納米預(yù)制體 達(dá)到玻璃化溫度而處于熔融狀態(tài)，重塑形成，自然冷卻至室溫，如圖15所示，得到多個(gè)納米 支撐體，所述納米支撐體完全覆蓋在步驟2)得到的Au納米線的上方；步驟6)另一塊表面覆蓋300納米厚度氧化硅層的硅片，切割成IcmX Icm的小塊， 通過丙酮、無水乙醇、去離子水分別超聲五分鐘，氮?dú)獯蹈?，得到樣品B，在樣品B上以4000 轉(zhuǎn)/秒的速度旋涂PMMA 671. 06的氯仿溶液(重均分子量為950K，該光刻膠的質(zhì)量百分濃 度為6% )，熱臺180°C烘膠4分鐘，得到厚度為1. 2微米的光刻膠層；步驟7)將旋涂有PMMA的樣品B放入電子束曝光機(jī)(Raith e_Line)中，預(yù)設(shè)曝光 形狀，在15KV的加速電壓下，以150uAS/cm2的劑量，25. 6nm的最小步距曝光，顯影90秒，定 影一分鐘，如圖13所示，得到有多個(gè)納米縫隙的樣品B ；步驟8)如圖17所示，將步驟7)得到的樣品B浸沒于lmol/L的KOH溶液中，在85 攝氏度浸泡10分鐘，由于PMMA在堿性溶液中的輕微水解，帶有納米縫隙的PMMA薄膜從襯 底表面脫離形成獨(dú)立的薄膜，得到PMMA掩模，用去離子水清洗薄膜表面殘余的KOH溶液；步驟9)將通過電子束曝光，堿溶液水解脫落得到的PMMA掩模覆蓋于所述納米支 撐體上，所述掩模板上的納米縫隙覆蓋在所述多個(gè)納米支撐體和相鄰的納米支撐體之間的 襯底上，所述納米縫隙的延伸方向與所述納米支撐體的延伸方向大體垂直，自然蒸發(fā)干燥， 得到樣品C ；步驟10)如圖18所示，采用熱蒸發(fā)的方法在樣品C表面沉積Au納米導(dǎo)電材料，得 到120nm厚度的Au納米薄膜，所述Au納米導(dǎo)電材料同時(shí)沉積在所述納米支撐體的表面和 相鄰的納米支撐體之間的襯底上，其中，所述熱蒸發(fā)沉積方法中，蒸發(fā)電流為55A，蒸發(fā)速率 為 0.1A/S;步驟11)在去離子水中將樣品C浸泡10分鐘，用鑷子從邊緣緩慢揭下PMMA掩模， 在丙酮溶液中溶解除去納米支撐體，如圖18所示，得到空氣橋式納米器件。如圖5所示，為本實(shí)施例制備的空氣橋式納米器件的光學(xué)顯微鏡圖像，從圖中可 以看出，本發(fā)明制備的空氣橋式納米器件有很好的形貌均一性。從上述實(shí)施例可以看出，本發(fā)明提供了一種空氣橋式納米器件的制備方法，制備 得到空氣橋式納米器件，該方法可以很好的控制納米器件的形貌特征，制備的納米器件有 很好的形貌均一性。對所公開的實(shí)施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。 對這些實(shí)施例的多種修改對本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的 一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)。因此，本發(fā)明 將不會(huì)被限制于本文所示的這些實(shí)施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點(diǎn)相一 致的最寬的范圍。
權(quán)利要求
1.一種空氣橋式納米器件的制備方法，其特征在于，包括提供襯底，在所述襯底上有多個(gè)不連續(xù)的、沿著所述襯底的表面延伸的納米支撐體，所 述納米支撐體的橫截面形狀為半圓形；提供帶有多個(gè)納米縫隙的掩膜；將所述掩膜覆蓋在所述襯底上的納米支撐體上；在所述掩膜的納米縫隙處沉積納米導(dǎo)電材料，所述納米導(dǎo)電材料同時(shí)沉積在所述多個(gè) 納米支撐體的表面和相鄰的納米支撐體之間的襯底上，移除所述納米支撐體和掩膜，得到 空氣橋式納米器件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，還包括在所述襯底與所述納米支撐體之間形成納米線條，所述納米線條的延展方向與所述納 米縫隙的延展方向呈60 90°。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述納米縫隙的延伸方向與所述納 米支撐體的延伸方向大體垂直。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述多個(gè)納米支撐體平行排列。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述多個(gè)納米支撐體由如下方法制備步驟al)在襯底上涂覆光刻膠的有機(jī)溶液，烘干；步驟bl)預(yù)設(shè)曝光形狀，利用電子束曝光系統(tǒng)將步驟al)得到的產(chǎn)物曝光、顯影和定 影，得到多個(gè)納米預(yù)制體；步驟cl)將所述多個(gè)納米預(yù)制體加熱至熔融狀態(tài)，重塑成型，冷卻，得到納米支撐體。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于，所述步驟al)具體為在襯底上以2000 6000轉(zhuǎn)/秒的速度旋涂光刻膠的有機(jī)溶液，在170 220°C烘烤 2 8分鐘。
7.根據(jù)權(quán)利要求5述的制備方法，其特征在于，所述步驟bl)具體為預(yù)設(shè)曝光形狀為矩形，利用電子束曝光系統(tǒng)，將步驟al)得到的產(chǎn)物在10 20KeV的 加速電壓下，以70 210uAS/cm2的曝光劑量、22 28nm的最小步距曝光，顯影0. 5 2分 鐘，定影0. 5 2分鐘，得到多個(gè)納米預(yù)制體。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述帶有多個(gè)納米縫隙的掩膜按如 下方法制備步驟a2)在襯底上涂覆光刻膠的有機(jī)溶液，烘干；步驟b2)預(yù)設(shè)曝光形狀，利用電子束曝光系統(tǒng)將步驟a2)得到的產(chǎn)物曝光、顯影和定 影，然后在堿性溶液中水解，得到帶有多個(gè)納米縫隙的掩模。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述在掩膜的納米縫隙處沉積納米 導(dǎo)電材料具體為利用氬離子濺射沉積、激光濺射沉積、熱蒸發(fā)沉積或電子束熱蒸發(fā)沉積的方法在掩模 的納米縫隙處沉積80 300nm厚度的納米導(dǎo)電材料，蒸發(fā)電流為45 70A，蒸發(fā)速率為 0.07 0.2A/S。
10.根據(jù)權(quán)利要求ι 9任一項(xiàng)所述的制備方法，其特征在于，所述襯底為厚度為 100 IOOOnm的Si與SiO2構(gòu)成的復(fù)合襯底。
全文摘要
本發(fā)明實(shí)施例公開了一種空氣橋式納米器件的制備方法，該方法提供襯底，在所述襯底上有多個(gè)不連續(xù)的、沿著所述襯底的表面延伸的、橫截面形狀為半圓形的納米支撐體，將帶有多個(gè)納米縫隙的掩膜覆蓋在所述納米支撐體上，在所述掩膜的納米縫隙處沉積納米導(dǎo)電材料，移除所述納米支撐體和掩膜，得到空氣橋式納米器件。與現(xiàn)有技術(shù)相比，無需利用物理方法通過實(shí)現(xiàn)襯底的形變來實(shí)現(xiàn)納米材料的形變，本發(fā)明工藝簡單，并且可以通過調(diào)控納米支撐體的大小來調(diào)控最終形成的空氣橋結(jié)構(gòu)的大小，因此，可以很好的控制納米器件的形貌特征，制備的納米器件有很好的形貌均一性。
文檔編號B82B3/00GK102001622SQ20101053616
公開日2011年4月6日 申請日期2010年11月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月8日
發(fā)明者于欣欣, 張琨, 潘楠, 王曉平, 蔡洪冰 申請人:中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)