[发明专利]一种悬空纳米线机械手批量制备方法

说明书

本发明公开了一种悬空纳米线机械手批量制备方法，包括：基于IPSLS生长模式制备得到生长于光刻定义的坡面台阶边缘的纳米线阵列，而后在生长有硅纳米线的衬底上旋涂一层氧树脂胶体，并进行光刻图案的操作，再用湿法刻蚀除去衬底表面的非晶硅介质层，使得粘住纳米线阵列的环氧树脂胶体薄膜悬浮于溶液表面，与乙醇充分置换后利用干燥技术，即可制备得到自组装的悬空纳米线机械手阵列。本发明利用转移技术和临界点干燥技术将纳米线阵列转移至已光刻的可自支撑衬底，消除溶液表面张力的影响，保持纳米线机械手的原貌，最后得到可操作的悬空纳米线机械手阵列，可广泛应用于纳米机器人、生物医学的细胞检测和生物传感器等多种领域。

技术领域

本发明涉及一种悬空纳米线机械手批量制备方法，可灵活应用于生物细胞或者微小结构的获取或检测，以及半导体传感器件等多种领域。

背景技术

晶硅或相关半导体纳米线(Nanowire)是开发新一代高性能大面积薄膜电子器件的重要材料，在新型柔性传感、生物医学传感与检测，和逻辑存储领域具有十分巨大的应用潜力。基于自上而下的电子束直写(EBL)技术制备直径在10～100nm范围的纳米线结构，已经验证各种新型纳米线功能器件的优异特性，但由于其制备成本及其昂贵、产量低等因素，一直以来都难以得到规模化应用。相比之下，通过纳米金属液滴催化的自下而上的自组装(Self-assembly)纳米线生长，可以大批量制备直径在百纳米以下的晶态硅、锗和各种合金半导体纳米线并精确控制纳米线的生长。然而，通常采用的气-液-固(VLS)生长模式所制备的悬空纳米线多为竖直随机阵列，难以直接在目前的平面电子工艺中实现可靠且低成本的定位集成。

为了可靠地制备形貌可编程的晶硅纳米线结构，本专利申请人最早提出了一种平面固液固(IPSLS)生长模式：其中，采用非晶硅作为前驱体，由低熔点金属铟、锡纳米颗粒吸收非晶硅而生长出晶硅纳米线结构。同时，基于此方法，可利用平面衬底上定义的简单的单边台阶作为引导，金属液滴在台阶边缘覆盖的非晶硅吸引下，顺延台阶边缘运动，从而将纳米线生长在台阶边缘，实现平面纳米线的定位、定形生长。基于传统的气-液-固(VLS)生长机制，竖直随机的纳米线只需要通过超声和干燥步骤，即可获得平面内的悬空纳米直线结构，而通过平面固液固(IPSLS)生长机制定义的任意形貌的纳米线结构在转移和干燥的过程中会受到溶液表面张力的应力作用，导致原本定义的形貌发生变化甚至断裂，大大降低了悬空纳米线机械手阵列转移的成功率。对于生物医疗NEMS相关研究和应用领域而言，这也就增加了对生物体内细胞或者DNA序列结构进行获取和检测的难度，阻碍了NEMS在生化方面对细胞、DNA和蛋白质以及其他生物组分准确、快速分析的进一步发展，以及相关产品的技术研发。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种悬空纳米线机械手批量制备方法，利用转移技术和临界点干燥技术将纳米线阵列转移至已光刻的可自支撑衬底，消除溶液表面张力的影响，保持纳米线机械手的原貌，最后得到可操作的悬空纳米线机械手阵列，可广泛应用于纳米机器人、生物医学的细胞检测和生物传感器等多种领域。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种悬空纳米线机械手批量制备方法，包括：基于IPSLS生长模式制备得到生长于光刻定义的坡面台阶边缘的纳米线阵列，而后在生长有硅纳米线的衬底上旋涂一层氧树脂胶体，并进行光刻图案的操作，再用湿法刻蚀除去衬底表面的非晶硅介质层，使得粘住纳米线阵列的环氧树脂胶体薄膜悬浮于溶液表面，与乙醇充分置换后利用干燥技术，即可制备得到自组装的悬空纳米线机械手阵列。

进一步的，具体包括以下步骤：

1)采用晶硅、玻璃或者介质层覆盖的金属薄膜作为衬底，利用一种或多种薄膜淀积技术，在其上淀积非晶介质层(如非晶氧化硅SiO2，氮化硅SiNx等)；