基于DPN的硅表面微纳结构刻蚀方法研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:crylion
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随着电子信息时代的飞速发展,纳米科技所衍生的应用在各个领域发挥着重要作用,如纳米电子科技制造的纳米芯片,纳米生物技术产生的细胞识别,纳米材料技术发现的高性能材料等。蘸水笔纳米光刻(Dip-pen nanolithography,DPN)技术作为一种纳米加工技术,因其便捷、高分辨率、应用范围广等优势为纳米科技的进步提供了更多样的发展前景。本文基于DPN技术利用金属催化湿法刻蚀化学原理,探究了硅表面的微纳结构加工方法。首先,分析了金属催化刻蚀反应中的银催化颗粒的还原反应机理以及金属催化刻蚀的刻蚀反应机理;研究了DPN技术中液滴的分配过程,利用菲克第二定律扩散方程推导液滴半径随时间变化的扩散模型,利用Young-Laplace方程推导出探针与基底之间的水液面液桥力;此外建立了分子动力学仿真模型,对探针空载实验和探针蘸取液滴实验进行了模拟,为后续操作实验提供理论指导。其次,搭建了纳米级液滴分配系统。结合银纳米颗粒还原反应的要求,该系统包括探针微操作模块、显微视觉成像单元、运动控制位单元和信号处理模块。同时,对搭建的系统进行了静态分析,发现纳米级液滴分配系统在开机25分钟后达到稳定;对系统进行了标定实验,测试了本实验平台的实用性并且校正了本实验平台中探针针尖的受力与位移的对应关系,使探针输出电压值等于实际挠度变化。最后,对硅基底进行标记清洗、亲水处理和微米级银催化纳米颗粒的反应液滴的预分配实验,利用搭建的纳米级液滴分配系统将反应液滴进一步分配到硅基底上。在70摄氏度的温度下退火生成了尺寸在250nm左右的单独的银纳米颗粒,经过刻蚀反应后,硅表面形成了下陷的微纳结构。
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