[发明专利]倾斜式硅针尖及其制作方法

说明书

本发明公开了一种倾斜式硅针尖及其制作方法。所述针尖为三棱锥体，并具有第一倾斜面、第二倾斜面、第三倾斜面和底面，且所述第一倾斜面、第二倾斜面和第三倾斜面中至少两者与底面的夹角不相等。所述制作方法包括：在硅片上采用各向同性的刻蚀工艺加工形成所述倾斜式硅针尖的第一、第二倾斜面，之后在第一、第二倾斜面上设置保护层，再采用刻蚀工艺在所述硅片上加工形成第三倾斜面，获得目标产物。本发明提供了一种不同于传统硅针尖的倾斜式硅针尖，其能满足近场光学对实时观测的需求，且其制作方法简单，原料廉价易得，适于进行大规模生产，为硅针尖的推广和应用提供了一种新的路径。

技术领域

本发明主要涉及一种硅针尖，尤其涉及一种倾斜式硅针尖及其制作方法，属于微纳器件制备领域。

背景技术

近年来，硅基纳米针尖在原子力显微镜探针、真空微电子器件、场发射器件、高密度数据存储器件、纳米级图形加工及微机械隧道传感器中得到广泛应用，硅基纳米针尖是上述器件的关键构件，这些器件性能的优劣取决于纳米针尖的曲率半径和针形。以原子力显微镜为例，硅针尖纵横比越大，曲率半径越小，原子力显微镜分辨率越高，因此研究硅基纳米针尖的制作有重要意义。目前制备硅基纳米针尖的常用方法有干法刻蚀、气－液－固生长和湿法腐蚀等三种。其中气－液－固生长法可制备直径小于2μm，纵横比大于15的超长硅基纳米针尖，但其曲率半径较大。目前广泛采用的各向异性湿法腐蚀单晶硅制备硅基纳米针尖的工艺，具有工艺简单，刻蚀速率均匀，成本较低廉等优点，但针尖的形状以及取向受晶向限制。干法刻蚀工艺刻蚀硅基纳米针尖可实现较大的纵横比，但工艺结果取决于每一个可能的工艺参数变化。上述现有工艺制备的硅针尖基本上都是垂直方向的针尖，其无法满足近场光学对实时观测的需求。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种倾斜式硅针尖及其制作方法，以克服现有技术中的不足。

为实现前述发明目的，本发明采用了如下的技术方案：

在一些实施例中提供了一种倾斜式硅针尖，其为三棱锥体，并具有第一倾斜面、第二倾斜面、第三倾斜面和底面，且所述第一倾斜面、第二倾斜面和第三倾斜面中至少两者与底面的夹角不相等。

进一步的，所述第一倾斜面与底面的夹角为55°～80°，第二倾斜面与底面的夹角为55°～80°，第三倾斜面与底面的夹角为45°～75°。

进一步的，所述针尖的高度为5μm～50μm。

进一步的，所述针尖的曲率半径为1～20nm。

进一步的，所述第一倾斜面、第二倾斜面与底面的夹角相等。

在一些实施例中提供了一种倾斜式硅针尖的制作方法，其包括：在硅片上采用各向同性的刻蚀工艺加工形成所述倾斜式硅针尖的第一、第二倾斜面，之后在第一、第二倾斜面上设置保护层，再采用刻蚀工艺在所述硅片上加工形成第三倾斜面，获得所述倾斜式硅针尖。

在一些实施例中，所述的制作方法具体包括：

Ⅰ、在(100)或(111)型硅片上设置光刻胶掩模；

Ⅱ、采用各向同性的干法刻蚀工艺在所述硅片上刻蚀形成所述探针的第一、第二倾斜面；

Ⅲ、去除所述硅片的光刻胶，并在所述硅片表面设置二氧化硅层作为保护层，以保护所述第一、第二倾斜面；

Ⅳ、在所述保护层上加工形成第三倾斜面的刻蚀窗口；

Ⅴ、采用湿法腐蚀工艺自所述刻蚀窗口腐蚀硅片表面而形成第三倾斜面；

Ⅵ、采用氧化方法进行所述针尖的锐化，再除去残留的保护层，获得所述倾斜式针尖。

进一步的，所述干法刻蚀工艺包括ICP干法刻蚀，RIE干法刻蚀和DRIE干法刻蚀工艺中的任意一种，且不限于此。