[发明专利]一种原位构建微纳器件的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种微纳器件的构建方法，是一种快速、损伤小的微纳器件的原位构建方法，特别适合于大面积的器件制备。

背景技术

纳米技术是21世纪一个重要的新兴科技领域，大量的纳米材料与器件不断被开发出来，并在信息、医学以及国防等各个领域中展现出前所未有的应用前景。微纳器件是纳米科技中的一个重要研究领域，是纳米科技走向实际应用的重要途径和桥梁。目前微纳器件的研究还存在许多技术上的难题。

对于纳米材料连接在两电极之间这样一个基本微纳结构单元的制备，目前常用的方法大体可以分为以下几种：1)采用标记、基底上涂布纳米材料、扫描电镜查找纳米材料位置、曝光图形的导入、电子束光刻等一系列工艺过程制备出纳米材料置于金属电极层之下，连接在电极之间的微纳器件。该方法也是一种原位构建微纳器件的无掩模光刻方法，可以实现较小的器件尺寸，因而被较多使用。然而该方法对材料损伤较大，而且由于电子束光刻设备成本高、维护成本高、制备速度慢，因此不利于批量制备。

2)采用先制备金属电极、再将纳米材料构建于电极之上的方法。该方法的技术难点是将纳米材料连接在电极之上。所需的光刻机可以是电子束光刻机，带掩膜板的常规光刻机，也包括本发明所用的无掩模光刻机，还包括纳米压印技术。该方法可以制备多种微纳器件，应用范围较广。但是电子束光刻具有1)中所述的一些缺点；而带掩膜板的常规光刻机因为曝光图形的不同就需要不同的掩膜板，因而使用成本较高；纳米压印技术可以重复性地在大面积上制备纳米图形结构，还有制作成本极低、简单易行、效率高等优点，然而该方法需要高质量的压印光刻模版以及昂贵的模板缺陷检查工具，还需要其他工具实现电路各层之间的对准，实现起来难度较大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种新的成本较低的原位微纳器件的构建方法，这种方法既避免了电子束光刻对器件的损伤和制备速度慢的缺点，也避免了使用成本较高数量较多的掩膜板，方法简单易操作，且能保证电极间的通道为纳米材料，特别适合于微纳原型器件的制备。

本发明提供的技术方案为一种微纳器件的原位构建方法，包括以下步骤：

(6)将纳米材料分布在衬底基片上；

(7)在基片上涂胶，包括匀胶；

(8)运用无掩模光刻机的显微系统查找纳米材料的位置，再运用无掩模光刻机原位设计待曝光电极的图形，使纳米材料连接于电极图形之间；

(9)运用无掩模光刻机原位曝光，然后显影、定影；

(10)在基片上沉积金属电极层、剥离，最后得到纳米材料连接于电极之间并位于电极之下的微纳器件(如图1所示)。

上述步骤(1)所述的纳米材料为能够制备的纳米材料，包括零维纳米材料、一维纳米材料、二维纳米材料或复合结构的纳米体系；其中，复合结构的纳米体系包括Y形、多角状纳米材料、多元纳米体系以及其它复合体系。

所述的纳米材料也可以是无机的纳米材料，也可以是有机的纳米材料或生物纳米材料；可以是单个的纳米材料，也可以是多个的纳米材料；纳米材料的特征尺度在1纳米-1厘米之间。

上述步骤(1)所述的纳米材料在衬底基片上的分散，可以是首先利用超声的方法将纳米材料均匀分散入相应的溶液，例如乙醇溶液，然后使用滴定管将溶液分散在衬底基片上，也可是将溶液使用旋涂的方法，还可以是将溶液使用喷涂的方法，使溶液分散在衬底基片上，待溶液挥发后形成纳米材料在衬底基片上的分散。还可以采用微流体(microfluidic)的方法按实际需要将纳米材料分布在衬底基片上，也可以采用原子力显微镜AFM的探针或其它种类的探针移动纳米材料，使纳米材料按目的要求分布在衬底基片上，更可以采用镊子等手段直接将所选材料分布或放在衬底基片上。

上述步骤(3)所述的电极是在基片的绝缘层上制备的，基片的绝缘层为绝缘材料，包括SiO₂、玻璃及高介电材料；其中高介电材料包括Si₃N₄、Al₂O₃、HfO₂、Y₂O₃、La₂O₃、Ta₂O₅、TiO₂、LaAlO₃中的至少一种；绝缘层厚度为1纳米-10厘米。

所述的无掩模光刻机是原位构建微纳器件的关键性设备。