[发明专利]一种制备悬浮纳米结构的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备悬浮纳米结构的方法。

背景技术

聚焦离子束(Focused Ion Beam，FIB)是一种灵活的微纳米加工方法，可原位加工纳米尺度的结构，加工方法包括对目标材料的局部精确刻蚀和淀积，加工的同时还可在片显微观察，可广泛应用在微纳加工以及集成电路测试领域。

悬浮的纳米结构作为微/纳机电系统中的关键结构，可用于多种传感器、执行期领域。如其中纳米弦是一种悬浮的纳米线结构，而纳米线是指两个维度的尺度被限制到100nm以下的一种一维纳米结构，这种一维纳米结构表现出很多新奇的特性，从而在制作新型微电子器件和纳机电系统方面有巨大潜力。现有纳米线的制备方法主要为一些“自下而上”的方法，如使用气相的气-液-固(Vapor-Liquid-Solid，VLS)生长法、汽-固(Vapor-Solid，VS)生长法以及自催化气-液-固(self-catalytic VLS)生长法，使用液相的“毒化”镜面控制生长法、溶液-液-固(Solution-Liquid-Solid，SLS)生长法和一系列的模板生长法，这些方法虽便于大量的加工，但是很难实现纳米线的精确控制和排布。

传统的使用聚焦离子束加工纳米结构的方法属于“自上而下”路线，通过聚焦离子束精细的操作通过刻蚀或者淀积的方法直写出线条。这种方法受限于仪器的操作精度，需要精准的操作和丰富的经验，分辨率往往止步于百纳米，且表面较粗糙。另外，由于使用直接使用聚焦离子束加工时会受其引入应力和液化的影响，尤其在尺度减小到达纳米尺度后该影响使直接加工不可控。

发明内容

本发明的目的是提供一种制备纳米弦的方法。

本发明提供的制备悬浮纳米结构(也即线形、纺锤形或针尖对形的悬浮纳米结构)的方法，包括如下步骤：用聚焦离子束扫描两端固定在保护层上的悬臂梁，得到所述悬浮纳米结构。

上述方法中，所述保护层可按照包括如下步骤的方法制备而得：1)在衬底的正反两面各制备一层纳米结构材料层及位于所述纳米结构材料层之上的保护层；

2)对所述步骤1)所得纳米结构材料层进行图形化，并使所述步骤1)所得纳米结构材料层的区域悬空，得到所述两端固定在所述保护层上的悬臂梁。

上述方法中，构成所述衬底的材料为硅；构成所述纳米结构材料层的材料为单晶材料、多晶材料、无定形材料或金属材料；各种常用的单晶材料、多晶材料、无定形材料或金属材料均适用于本方法，优选的，所述单晶材料为单晶硅；所述多晶材料为多晶硅；所述无定形材料为无定形氮化硅或无定形氧化硅，所述金属材料选自铝和金中的至少一种；构成所述保护层的材料为氮化硅；所述纳米结构材料层的厚度为50-200纳米，优选100纳米，所述保护层的厚度为50-500纳米，优选100纳米。所述制备纳米结构材料层的方法为各种常用的化学气相淀积、溅射法或蒸发法。

所述使所述步骤1)所得纳米结构材料层的区域悬空的方法为各种常规方法，如可使用牺牲层或制备背腔；其中，所述使用牺牲层的方法包括如下步骤：以正面图形化的纳米结构材料层为掩膜，对所述衬底和所述掩膜进行各向异性刻蚀，再进行各向同性刻蚀；所述制备背腔的方法包括如下步骤：用背面光刻的方法定义背腔图形，再利用反应离子刻蚀方法刻蚀所述背面图形，再用氢氧化钾的水溶液等常规腐蚀液腐蚀所述衬底即得。该步骤中，所述图形化的方法为各种常规图形化方法，如可为光刻后使用光刻胶做掩膜刻蚀或者剥离。

制备所述悬浮纳米结构的形状为线形的方法中，所述用聚焦离子束扫描两端固定在保护层上的悬臂梁步骤中，所述悬臂梁的厚度为20-300纳米，优选100纳米，所述加速电压为15KeV-30KeV，优选30keV，所述轰击束流密度为5×10¹⁶ion·cm^-2·s^-1-5×10¹⁷ion·cm^-2·s^-1，优选3.1×10¹⁷ion/cm·s，所述扫描时间为1秒-60秒，优选17秒。