[发明专利]一种加工二维纳米结构的装置及方法

说明书

本发明公开了一种加工二维纳米结构的装置及方法，属于近场光学和纳米光刻领域。为解决现有技术存在的不足，采用光纤连续激光复合AFM探针诱导近场增强技术，通过调节激光波长，诱导可控增强近场制造二维纳米结构可控形态，激光波长的改变会导致AFM探针增强电磁场出现崔健磊，纳米结构形态变化根据增强近场与样品表面结构变化所需能量的相对大小而定。本发明无需更换和损坏探针，以非接触式方式快速、准确的制造不同形态的纳米结构，写图形时间为微秒级，可满足器件制造的需要。

技术领域

本发明属于近场光学和纳米光刻技术领域，具体涉及采用光纤激光复合原子力显微镜(AFM)探针可控制造二维纳米结构的方法。

背景技术

目前，随着对器件性能的要求越来越高，传统的器件制造方法一直强调减小结构特征尺寸，而带来的问题是制造方法越发复杂并且成本出现大幅度上升，而以单电子器件、量子器件和分子器件为主的新型功能化器件在满足高性能要求的同时，实现其结构可控化制造对纳米制造方法提出了新的挑战，这里的结构可控化制造是指新型功能化器件存在纳米“突起”和纳米“凹坑”结构，纳米“突起”结构即纳米点、量子点和纳米线，可进行单电子传输或作为导线传输电子，纳米“凹坑”结构可用于沉积导电材料和碳纳米管，用以传输电子。然而，实现新型功能化器件的纳米结构形态可控制造一直是纳米制造的难题。

由于新型功能化器件中的结构特征尺寸为纳米级，在几纳米至几百纳米变化，以光学为主的制造方法需要突破光学衍射极限，如激光直写加工技术和光学光刻技术，二者在纳米结构形态可控化制造方面一直未有好的结果。

近年来发展的激光复合微纳探针诱导增强近场技术为新型功能化器件纳米结构形态可控化制造提供了新的制造方法，该技术通过激光与微纳探针复合产生的增强近场突破了光学衍射极限，商业AFM系统使探针悬停在样品表面几纳米处，以非接触方式在样品表面完成纳米尺度结构制造。增强近场是一种探针针尖的电磁能场和热场，存在能量大小和场空间范围大小，然而，通过对增强近场进行可控调节，进而进行纳米结构形态可控制造一直是新型功能化器件纳米结构制造的难点，难以有效突破，现有的方式固定于改变激光能量对增强近场进行调控，而激光能量的改变影响的是AFM探针的热场，产生的电磁能场只能固定于某一数值，不受激光能量改变的影响，宏观上就是通过温度上升实现纳米结构的制造，温度改变产生的结果是对样品进行去除加工，形成“凹坑”结构，且这种方式不能有效控制热场大小和范围，也就不能进行纳米结构形态的可控制造。因此要满足新型功能化器件形态可控制造的要求，以满足对器件性能的需求，需要对该技术提出新的方法。

发明内容

本发明提供了一种加工二维纳米结构的装置及方法，通过调节激光波长，诱导可控增强近场制造二维纳米结构可控形态的新方法，利用该方法可快速制造不同形态的纳米结构。

为达到上述目的，本发明所述一种加工二维纳米结构的装置，包括多波长单模光纤连续激光器、激光准直器、360度旋转台和原子力显微镜，所述原子力显微镜包括样品台、压电陶瓷和AFM探针；光纤激光控制器连接多波长单模光纤连续激光器，所述多波长单模光纤连续激光器通过光纤连接激光准直器，激光准直器固定于360度旋转台上，用以调节光纤激光的出射方向；所述压电陶瓷位于样品台下方并与样品台固定连接，压电陶瓷用于带动样品台在X、Y、Z三个方向移动；所述AFM探针位于样品台正上方。

进一步的，多波长单模光纤激光器发出的激光至少包括532纳米、800纳米和1064纳米三种波长。

进一步的，述AFM探针采用轻敲可视化硅探针，探针针尖曲率半径为6纳米。

进一步的，360度旋转台安装在三轴移动台上。

进一步的，样品台上方设置有CCD红外相机，所述CCD红外相机用于观察AFM探针和从激光准直器出射的激光的对准情况。

基于上述装置的加工二维纳米结构的方法，其特征在于，包括以下步骤：