筆式連續(xù)直寫的納米加工技術(shù)研究.pdf

1、微納技術(shù)是一個多學(xué)科交叉的高科技領(lǐng)域，展現(xiàn)出巨大的生命力，被認為是未來重要前沿科技之一。以掃描探針顯微鏡SPM為基礎(chǔ)的掃描探針加工技術(shù)，是一種簡單而又靈活的微納結(jié)構(gòu)加工方法，近年來引起了廣泛的關(guān)注并得到了快速的發(fā)展。作為掃描探針加工的一種新技術(shù)，納米鋼筆直寫技術(shù)FPN具有精度高、分辨率高、直接書寫、可控性好等特點，能夠?qū)⒍喾N墨水直接轉(zhuǎn)移到不同性質(zhì)的基底上，進而書寫出不同的加工圖案，加工出高精度的結(jié)構(gòu)器件，在生物、微電子領(lǐng)域等方面有著非常

2、廣闊的應(yīng)用前景。
　　針對目前對于FPN工作機理及加工工藝研究較少的現(xiàn)狀，本文首先對FPN工作過程中起主導(dǎo)作用的毛細力進行了研究，分析了毛細力的形成及其作用機理，為FPN的工作機理提供理論基礎(chǔ)。在此基礎(chǔ)上分析了FPN書寫過程中的三個主要步驟：針尖與基底間液橋的形成、墨水分子在液橋中的傳輸以及墨水分子在基底的擴散，并對針尖和基底接觸的作用力進行了建模，分析了針尖逐漸接觸基底的過程中接觸力大小的變化。
　　其次利用原子力顯微鏡選

3、用納米銀墨水在金基底上進行了FPN書寫實驗，分別探討了FPN書寫過程中各類書寫參數(shù)對點、線結(jié)構(gòu)尺寸的影響，其中影響點直徑的書寫參數(shù)為接觸時間，影響線結(jié)構(gòu)尺寸的參數(shù)主要包括探針孔徑、書寫模式、書寫速度、設(shè)定點以及施加的電壓等。在此基礎(chǔ)上，選擇最佳工藝參數(shù)，即200nm孔徑的書寫探針，2μm/s的書寫速度以及0.2V的設(shè)定點，在接觸模式下實現(xiàn)了字母“S”“Z”“D”“X”及五角星等規(guī)則圖案的書寫。
　　最后在非導(dǎo)電云母基底上利用 FP

4、N技術(shù)書寫出微納尺度的線結(jié)構(gòu)，利用原子力顯微鏡AFM和掃描電子顯微鏡 SEM對線結(jié)構(gòu)的形貌進行了表征。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合Keithley4200SCS半導(dǎo)體參數(shù)分析儀和CascadeM150探針臺，采用二探針法和四探針法分別對 FPN書寫線結(jié)構(gòu)的電學(xué)特性進行了測量。和二探針相比較，四探針法能精確地測量單根線結(jié)構(gòu)的電阻率，測得書寫線結(jié)構(gòu)的電阻率為4.82μΩ·cm，略大于銀的體電阻率，這可能是由于微納尺度線結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的表面散射效應(yīng)增加了電阻率