[发明专利]一种用于大面积摩擦诱导微/纳米加工的多针尖阵列的制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于大面积摩擦诱导微/纳米加工的多针尖阵列的制作方法。

背景技术

自21世纪以来，由半导体微电子技术引发的微型化革命进入了一个新的时代，这就是纳米技术时代。纳米技术由于贯穿各个领域，并对旧的传统技术带来根本性的变化，被称之为一场即将来临的技术革命。现如今，纳米技术(NT)、生物技术(BT)以及信息技术(IT)成为科技界具有影响的三大领域。其中，纳米技术在现代科学及工业中占据越来越重要的地位。

纳米制造是实现纳米科技由功能原理向制造原理转化的途径，也是支撑纳米科技走向应用的基础。常见的纳米加技术有：光刻技术、纳米压印技术、蘸笔印刷术，单晶硅的各向异性腐蚀技术等等。然而目前的技术存在一定的局限性：例如光刻设备越来越复杂，光刻系统的研制费用呈指数级增长，由此导致设备的制造成本已经近乎失控；纳米压印技术的模版制作面临着高成本、低效率、低精度等挑战。

摩擦诱导微/纳米加工技术是一种全新的纳米加工技术，通过机械刻划就可在单晶硅等材料表面直接加工纳米凸结构，若继续对其进行KOH腐蚀，则会形成更深的凹结构或更高的凸结构。该方法不依赖外加掩模板及繁琐的加工流程，加工过程中不需要控制湿度，真空度等环境因素。显然，该技术具有加工成本低、技术简单、易于推广等优势，是一种极具潜力的微/纳米加工方法。目前，摩擦诱导微/纳米加工技术主要由扫描探针显微镜完成，该设备一般只能在单探针模式下工作，加工速度慢，效率较低。而且其加工范围一般不超过一百微米，很难达到批量化生产要求，严重阻碍了摩擦诱导微/纳米加工技术的应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于大面积摩擦诱导微/纳米加工的多针尖制作方法。该方法操作简易，步骤简单，原材料便宜，具有明显的低成本、高效率的方法特点。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案为：一种用于大面积摩擦诱导微/纳米加工的多针尖阵列的制作方法，其步骤为：

(a)将蜡片基底置于显微硬度仪的的工作台上，使显微硬度仪的压头对蜡片基底表面进行压痕，加工出压痕阵列；

(b)将大小一样的微球逐个置于压痕阵列的各个压痕上；

(c)采用平整光滑的压片覆盖在蜡片基底的微球上，对压片施加载荷使各个微球同时压入蜡片中，压入深度为微球半径的0.7-1.0倍，且各个微球的压入深度一致，在蜡片基底上形成微球阵列；

(d)将浇注框压在蜡片基底上，并使浇注框框住微球阵列；

(e)往浇注框内浇注镶嵌料溶液，使其淹没微球阵列；

(f)待镶嵌料溶液凝固后，加热熔化去除蜡片，再将镶嵌料从浇注框内中取出，并将其无微球的背面抛光为平面，即得到用于大面积摩擦诱导微/纳米加工的多针尖阵列。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

一、采用硬度仪预先在基底上(打点)压痕，能够精确定位，能够按要求对微球探针的个数、大小、间距、排列位置等进行任意设置，使得加工出的多针尖阵列具有多样性、高可靠性的特点，能够满足各种多点接触摩擦诱导加工的要求。

二、采用硬度仪在基底上(打点)压痕，能保证每个点的深度大至相同，再经过光滑平整的压片压制，能够保证所有的微球的顶面都处于同一个平面，再经凝固粘接去蜡后，各微球的底面也就是最后加工出的多针尖阵列的针尖顶面均处于同一个表面。从而可以保证在摩擦诱导加工过程中每个微球探针都能够与被加工材料的接触工况相同。

三、采用微球的凸出部分作为摩擦诱导加工的针尖，微球可以是钢珠、陶瓷小球、氮化硅小球等在市场上容易购得、价格低廉的耐磨微球，从而可以大大降低多针尖阵列的制造成本，进而降低整个摩擦诱导微/纳加工的成本。

四、该方法不需要对被加工材料进行任何光刻、各向异性腐蚀等复杂特殊处理，大幅降低了操作难度和制造成本。

上述的压片的粗糙度在1nm以下。

这样能够保证各微球的顶点和底点都处于同一个平面，从而使其能够满足多点接触模式下微/纳米加工的均匀性加工要求。

上述的镶嵌料是任意一种可在室温中凝固、且凝固后的熔点高于蜡片熔点的镶嵌料。

这样就使得在制作多针尖阵列的过程中无需为其提供额外的加工条件，且加热去除蜡片时该镶嵌料不会熔化，进一步保证加工方便、制作成本低。

下面结合附图和具体的实施方式对本发明作进一步的详细说明。

附图说明