[发明专利]一种利用扫描电镜在单根微纳线上制作金属电极的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用扫描电镜在单根微纳线上制作金属电极的方法，属于微纳器件设计及制造领域。

背景技术

实现单根微纳线与金属电极之间的良好接触，是一直以来研究单根微纳线的电性能和利用单根微纳线构建微纳器件的瓶颈性关键科学技术问题。单根微纳线作为微纳机电系统中的基本功能单元，材料与电极之间良好的表面界面接触是充分发挥单根微纳线力光电性能的基础，是设计新型微纳器件的前提。以纳米ZnO为例，目前解决单根ZnO微纳线与金属电极的接触大致可以分为以下四种途径。

第一，在预先做好的金属微电极上随机撒上ZnO微纳线，依靠ZnO微纳线与电极之间的范德瓦尔斯吸附力实现电极接触。2002年，《Advanced Materials》， vol.14，158-160上的“单根纳米线构建的紫外光探测器和光开关” （Nanowire ultraviolet photodetectors and optical switches）一文中报道了利用洒在金属Au电极上ZnO纳米线与Au电极的接触，测量了单根ZnO纳米线的紫外响应性能。同样也是在Au电极上，2006年，《Nano Letters》，vol.6, 263-266上的“在Au电极间通过电泳构建ZnO纳米带/纳米线肖特基二极管”（ZnO nanobelt/nanowire Schottky diodes formed by dielectrophoresis alignment across Au electrodes）文章中报道了用电泳方法使得单根ZnO纳米带/纳米线两端分别与做好的Au电极形成肖特基接触构成的二极管。

第二，利用电子束曝光系统(EBL)在单根ZnO纳米线两端制作金属电极。2007年，《Physics Letters A》，vol. 367，207-210上的“表面态对单根ZnO纳米线电输运性能的影响”(Effect of surface states on electron transport in individual ZnO nanowires)文中报道了用EBL在单根ZnO纳米线上制作金属电极，研究表面态对单根ZnO纳米线电输运性能的影响。

第三，利用聚焦离子束设备（FIB）在单根ZnO微纳线上沉积金属电极。2006年，《Nano Letters》，vol.6，1719-1722上的“单根ZnO纳米线构建的宽频发光二极管”（Broadband ZnO single-nanowire light-emitting diode）文中报道了在单根ZnO纳米线上用FIB沉积Ti/Au电极，并使单根ZnO纳米线与P型硅构成pn结发光二极管。

第四，利用纳米操控金属探针与单根ZnO微纳线形成电极接触。2010年， 《Applied Physics Letters》， vol.96，253112上的“金属-半导体-金属结构中ZnO纳米线的电致损伤”（Electrical breakdown of ZnO nanowires in metal-semiconductor-metal structure）一文中用纳米操控金属W探针与ZnO纳米线两端接触构成回路，研究了ZnO纳米线的电致损伤现象及机理。

第一种途径中尽管单根微纳线能与金属电极形成接触，但是由于这种范德瓦尔斯吸附力实际上很小，接触很容易松动。第二种途径所使用到的电子束曝光系统需要在普通扫描电镜的基础上加装电子束控制系统。而第三种途径需要使用昂贵的FIB设备，如要大量试验则花费巨大，很多实验室不具备这样的条件。第四种途径中纳米操控探针与单根微纳线的接触点没有固定，容易滑动，会影响电性能的准确测量。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种能保证电性能测量过程中信号的稳定性，且不使用FIB等昂贵设备的情况下，达到了制作同样电极的效果，节约成本，简便易行的利用扫描电镜在单根微纳线上制作金属电极的方法。

本发明的技术方案是，一种利用扫描电镜在单根微纳线上制作金属电极的方法，具体包括以下步骤：

a. 在绝缘硅片衬底上旋涂聚甲基丙烯酸甲酯PMMA电子束刻蚀胶，并烘烤固膜；

b. 电子束刻蚀:将上述步骤处理后的绝缘硅片置于扫描电镜中，调整电镜放大倍数，使电子束辐照一小部分PMMA，辐照面积等同于电镜显示器画面代表面积；

c. 显影定影: 使用显影液和定影液洗去受电子束辐照而降解的PMMA；