[发明专利]一种裁剪金属纳米结构和组装纳米器件及对纳米器件原位表征的方法

说明书

本发明公开了一种裁剪金属纳米结构和组装纳米器件及对纳米器件原位表征的方法。裁剪和组装成纳米器件的方法，在扫描电子显微镜下原位完成，包括以下步骤：(1)将导电探针与金属纳米结构通过导线短路连接，控制导电探针靠近并接触金属纳米结构；(2)移动所述导电探针使其离开所述金属纳米结构，同时断开所述的短路连接；(3)移动所述导电探针使其靠近所述金属纳米结构，使得所述金属纳米结构局部熔化并部分转移、附着到所述导电探针的尖端，形成尖端附着有所述金属纳米结构的纳米器件以及在所述金属纳米结构尖端形成纳米球的金属纳米结构。还提供了原位表征的方法以获得微结构‑电学性能关系。本发明提供的方法具有极大的参考价值和应用潜力。

技术领域

本发明属于纳米制造领域，具体涉及一种金属和金属合金纳米结构的裁剪方法，以及组装纳米器件并对其进行表征的方法。

背景技术

通过调制金属纳米结构的形状可以显著改善其在光、电、磁、催化等方面的性能，因而在电池，催化，光学，传感，表面物理化学等方面有着广泛的应用。传统的调制金属纳米结构的形状以及制备基于金属纳米结构的器件通常是采用先进的光刻技术。由于光刻技术是基于平面微加工工艺，因此在制备较复杂的三维纳米结构或纳米器件方面还存在较大的挑战。尽管聚焦离子束技术可以对纳米结构进行局部的雕刻，但是它是基于高能粒子对纳米结构的轰击，该过程会造成高能粒子嵌入到制备的纳米结构或器件的表面，造成污染。另一方面，对纳米器件进行电学表征以研究其微结构与电学性能的关系，通常需要额外加工电极并采用四探针的测试方法以降低接触电阻的影响，详细参见2015年5月18日发表于Journal of Physics:Condensed Matter期刊上第27卷、页码为1-29、题为“The 100thanniversary of the four-point probe technique:the role of probe geometries inisotropic and anisotropic systems”的论文。尤其是对熔融金属电学性能的表征依赖于复杂的设备，详细参见2005年1月19日发表于MEASUREMENT SCIENCE AND TECHNOLOGY期刊上第16卷、页码为417-425、题为“Electrical resistivity measurement of liquidmetals”的论文。

目前，有少量文献报道原位组装纳米器件的方法。如：通过输入电流焦耳加热熔化纳米体积的焊料实现纳米结构的焊接，详细参考2009年12月10日发表于Nano Letters期刊上第9卷、页码为91-96、题为“Bottom-up Nanoconstruction by the Welding ofIndividual Metallic Nanoobjects Using Nanoscale Solder”的论文；通过输入电流焦耳加热焊接Pt纳米线到导电探针尖端，详细参考2007年8月14日发表于ScriptaMaterialia期刊上第57卷、页码为953-956、题为“Welding of Pt nanowires by Jouleheating”的论文；通过化学生长，或通过电子束诱导积碳焊接，或通过施加高的电场、光场或热场实现纳米异质结的制备，详细参考2010年9月17日发表于Nanoscale期刊上第2卷、页码为2521-2529、题为“The creation of nanojunctions”的论文。上述方法虽然可以制得一些复杂构型的纳米结构，但通常依赖于外界施加电压/电流或高能粒子辐照，不易控制且容易对制备的器件造成污染。

现有的调制金属纳米结构的形状以及制备基于金属纳米结构的器件存在设备门槛过高、工艺控制难度大以及容易造成污染等问题。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明通过在多个实施方式中提供裁剪金属纳米结构并组装纳米器件，以及对组装成的纳米器件进行原位表征的方法，提供一种新的便捷、高精度且可控的纳米制备技术。