專利名稱：矢量式afm納米加工系統(tǒng)的納米壓印模版的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種納米制造和納米光電子器件等領(lǐng)域的方法，具體涉及一種基于矢量式AFM納米加工系統(tǒng)的納米壓印模版的制備方法，即在矢量式AFM(原子力顯微鏡) 納米加工系統(tǒng)下，利用電場誘導(dǎo)陽極氧化加工方法結(jié)合高選擇性各向異性濕法刻蝕技術(shù)進(jìn)行納米壓印模版的制備。
背景技術(shù)：
自八十年代以來，以掃描隧道顯微鏡(STM)為代表的掃描探針顯微鏡(SPM)得到迅速發(fā)展，其特點(diǎn)是分辨力高、可在真空、大氣和液體環(huán)境下工作，因此在納米技術(shù)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。三十年來，SPM已經(jīng)發(fā)展成一個強(qiáng)有力的表面分析工具，大大擴(kuò)展了表面信息研究的空間，對納米科學(xué)的發(fā)展起著重要的推動作用。在將SPM作為觀測儀器的同時，研究者也發(fā)現(xiàn)了它對樣品表面的加工能力，掃描探針加工技術(shù)也就在此基礎(chǔ)上應(yīng)運(yùn)產(chǎn)生。掃描探針納米加工技術(shù)，作為掃描探針成像的延伸，是一項二十年來才發(fā)展起來的新技術(shù)。由于掃描探針加工技術(shù)能夠有效地實(shí)現(xiàn)單原子、分子操縱和納米級圖形結(jié)構(gòu)的刻蝕，因而得到了廣泛的關(guān)注?；谠恿︼@微鏡(AFM)針尖的納米結(jié)構(gòu)制備技術(shù)是國際上研究十分活躍的研究課題，也是迄今為止最為簡單的一種納米加工技術(shù)。其中，利用AFM的電場誘導(dǎo)氧化加工具有最高的加工精度、最小的加工尺度、寬松的加工環(huán)境、加工與測量的實(shí)時集成、良好的可控性好與穩(wěn)定性、低廉的成本、生成氧化物的絕緣性和抗刻蝕性與微電子工藝相兼容等優(yōu)點(diǎn)，因此被普遍認(rèn)為是一種非常有發(fā)展前途的納米加工技術(shù)?；赟PM的微納結(jié)構(gòu)的加工有兩種實(shí)現(xiàn)方式光柵式掃描加工與矢量式掃描加工。光柵式掃描加工即點(diǎn)陣加工方式，其工作原理類似于點(diǎn)針式打印機(jī)的工作原理。SPM以這種方式實(shí)現(xiàn)加工時，探針在表面的掃描方式與掃描成像的工作方式相同，即在表面的正方形區(qū)域內(nèi)進(jìn)行逐行掃描。在進(jìn)行加工之前，首先必須對所需加工的圖形結(jié)構(gòu)進(jìn)行編碼，即將正方形掃描區(qū)域初始化為一位圖(即BMP文件)，圖形結(jié)構(gòu)則由一系列點(diǎn)組成。在初始狀態(tài)下，SPM設(shè)置成正常的成像模式，掃描參數(shù)的設(shè)置應(yīng)該能夠?qū)崿F(xiàn)樣品表面形貌的獲取，并盡量減少探針對樣品表面的刻蝕作用。探針在進(jìn)行逐行掃描的過程中，SPM系統(tǒng)依據(jù)探針的掃描位置和圖形點(diǎn)陣編碼來調(diào)整探針與樣品的作用參數(shù)(電場或相互作用力)，這樣在樣品表面一定位置上將產(chǎn)生點(diǎn)狀結(jié)構(gòu)，這些點(diǎn)狀結(jié)構(gòu)將共同構(gòu)成連續(xù)的圖形。與矢量式加工相比，該模式更利于實(shí)現(xiàn)復(fù)雜圖形的加工。矢量式掃描加工與繪圖儀的工作原理類似。SPM以這種方式實(shí)現(xiàn)加工時，不需要在樣品表面進(jìn)行探針的逐行掃描，但要求依據(jù)加工的圖形結(jié)構(gòu)制定出探針的移動路徑和相應(yīng)的加工參數(shù)。在矢量加工過程中，需要對圖形結(jié)構(gòu)進(jìn)行矢量化，其結(jié)果是保證了結(jié)構(gòu)的連續(xù)性，并且在加工過程中，探針與樣品之間相互作用的反饋環(huán)需要被一直保持，以控制探針與樣品的相互位置，避免探針在移動過程中與樣品表面的劇烈碰撞。與點(diǎn)陣式加工相比不同的是矢量式加工的時間與所加工結(jié)構(gòu)的尺寸大小、復(fù)雜程度和探針移動速度等多個因素相關(guān)。在圖形結(jié)構(gòu)較簡單的情況下，矢量式加工的優(yōu)勢將體現(xiàn)得更為明顯。由于DI公司所提供的Nanoscript函數(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)探針的移動和空閑通道信號的觸發(fā)，信號接入模塊(SAM)則能夠提供掃描線的同步信號，這就使兩種加工方式都有實(shí)現(xiàn)的可能性。與光柵掃描式加工相比，矢量式加工具有的最大優(yōu)勢是可靈活地實(shí)現(xiàn)納米級結(jié)構(gòu)的加工與修補(bǔ)，所加工納米結(jié)構(gòu)的高度也容易得到控制。這主要是由于加工步驟容易進(jìn)行拆分。另外，矢量式加工方式也便于實(shí)現(xiàn)對加工過程中信號的監(jiān)測。在加工簡單圖形時，矢量加工方式的優(yōu)點(diǎn)將表現(xiàn)得更加明顯。國際上微電子、光電子、納米電子及納米光電子研究領(lǐng)域普遍認(rèn)為納米壓印技術(shù)是最有希望的下一代納米加工技術(shù)。利用納米壓印技術(shù)開發(fā)納米結(jié)構(gòu)信息存儲器、納米結(jié)構(gòu)生物傳感器和納米結(jié)構(gòu)亞波長光學(xué)器件經(jīng)濟(jì)效益是明顯的，就納米結(jié)構(gòu)亞波長光學(xué)器件一項，在光通信器件領(lǐng)域就有數(shù)億市場空間。由于納米壓印技術(shù)是最有希望的下一代納米加工技術(shù)，因此對于提高我國未來微電子、光電子、納米電子及納米光電子的戰(zhàn)略競爭力是十分明顯的。然而，目前納米壓印工藝的靈魂-模版的制備技術(shù)，嚴(yán)重制約了納米壓印技術(shù)的發(fā)展。因此研究有效的納米壓印模版制備技術(shù)迫在眉睫。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供一種矢量式AFM納米加工系統(tǒng)的納米壓印模版的制備方法，通過對AFM氧化加工參數(shù)比如加工過程中探針與樣品之間的微弱電流、電容效應(yīng)、加工電壓與電場強(qiáng)度等因素進(jìn)行監(jiān)控和理論分析，加工出基于AFM針尖電場誘導(dǎo)的更加穩(wěn)定、可重復(fù)性、具有更快的加工速度、良好性能的納米氧化圖形結(jié)構(gòu)，并以此氧化結(jié)構(gòu)作為刻蝕掩膜，然后利用各向異性濕法刻蝕技術(shù)將AFM針尖制備的納米氧化圖形結(jié)構(gòu)應(yīng)用于納米壓印模版的制備，既發(fā)揮AFM針尖在納米結(jié)構(gòu)制備上的特點(diǎn)和優(yōu)勢，又能夠通過納米壓印技術(shù)(就像半導(dǎo)體微電子工藝的光刻技術(shù)一樣)，使納米結(jié)構(gòu)能夠低成本復(fù)制到不同材料的基片上，進(jìn)而開展各類納米電子與納米光學(xué)的研究和應(yīng)用。當(dāng)然基于AFM 針尖的納米結(jié)構(gòu)制備技術(shù)制備速度很慢，對基片有特殊要求，只能應(yīng)用于某些領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明包括以下步驟包括以下步驟第一步、采用改進(jìn)的RCA清洗方式制備表面氫鈍化的硅片樣品；第二步、裝載硅片樣品并設(shè)置測試環(huán)境，具體為將制備好的硅片樣品用銅導(dǎo)電膠或?qū)щ娿y漿固定在載物片上，放入AFM載物臺，根據(jù)樣品的電導(dǎo)率等選擇合適的導(dǎo)電探針， 安裝好探針架，打開矢量式AFM納米加工系統(tǒng)開關(guān)，并等待溫濕度與AFM電路加工系統(tǒng)至穩(wěn)定狀態(tài)，溫度和濕度的變化范圍分別控制在20°C 和40% 80%，然后打開信號發(fā)生器和測量微弱電流等物理量的數(shù)字萬用表，使儀器預(yù)熱并等待其穩(wěn)定。第三步、對所需要的納米結(jié)構(gòu)進(jìn)行矢量化編程得到加工宏文件以控制針尖的運(yùn)動，具體為根據(jù)所要加工的納米結(jié)構(gòu)的幾何形狀，通過Visual Basic可視化程序編程方法進(jìn)行納米結(jié)構(gòu)圖形的程序設(shè)計以制定出探針的移動路徑和加工參數(shù)，并且將相應(yīng)的程序源代碼生成相應(yīng)的動態(tài)鏈接庫文件，即dll文件，隨后載入Scripts程序庫中。第四步、AFM進(jìn)入成像模式掃描狀態(tài)，然后開始掃描樣品表面；
所述的成像模式掃描狀態(tài)是指設(shè)置掃描范圍為Iym 50 μπκ掃描速率為 0. 1 μ m/s lym/s ；對于AFM接觸模式的積分增益為2. 00，對于敲擊模式的積分增益為 0. 30 ；對于AFM接觸模式的比例增益為3. 00，對于敲擊模式的比例增益為0. 50。第五步、待掃描過程穩(wěn)定并得到穩(wěn)定的重復(fù)性好的掃描圖像后，進(jìn)入腳本程序模式，通過調(diào)用第三步中得到的加工宏文件并導(dǎo)入加工系統(tǒng)中開始加工，具體為調(diào)出 Nanoscript接口進(jìn)而調(diào)用前面所編好的加工宏文件，控制調(diào)制電壓信號的波形、占空比、頻率和幅度，根據(jù)Nanoscript宏文件指令，探針在樣品表面根據(jù)所要加工的圖形結(jié)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)的矢量式移動，并且在矢量線的指定位置經(jīng)由SAM來激發(fā)信號發(fā)生器的空閑通道，從而觸發(fā)調(diào)制信號源，產(chǎn)生指定信號，載入電壓荷載并施加到樣品與探針之間，實(shí)現(xiàn)場致誘導(dǎo)加工，同時相應(yīng)的精密測量設(shè)備數(shù)字萬用表實(shí)時測量電路中的微弱電流信號、加工電壓并自動存儲到外接的存儲器上，示波器則顯示信號發(fā)生器及加工電壓的波形示意圖。第六步、待加工完成后，進(jìn)入實(shí)時成像模式，再次掃描來獲得加工結(jié)構(gòu)的表面形貌結(jié)構(gòu)圖；第七步、利用所制備的納米圖形結(jié)構(gòu)作為掩膜，結(jié)合高選擇性各向異性濕法刻蝕技術(shù)，將AFM電場誘導(dǎo)陽極氧化制備出的納米結(jié)構(gòu)圖形轉(zhuǎn)移到基底上，進(jìn)而制造出納米結(jié)構(gòu)模版。所述的高選擇性各向異性濕法刻蝕技術(shù)是指首先通過對所需要的納米結(jié)構(gòu)信息進(jìn)行矢量化處理得到加工路線信息，并采集待處理樣品的表面掃描圖像，然后探針在待處理樣品的表面根據(jù)加工路線信息及表面掃描圖像進(jìn)行矢量式移動，當(dāng)?shù)竭_(dá)加工區(qū)域后由矢量式納米加工系統(tǒng)的信號接口激發(fā)信號發(fā)生器的空閑通道并通過調(diào)制信號發(fā)送電壓載荷信息至探針，實(shí)現(xiàn)場致誘導(dǎo)加工，進(jìn)而制備出所需的納米結(jié)構(gòu)模版。所述的矢量化處理是指通過Visual Basic可視化程序編程方法進(jìn)行納米結(jié)構(gòu)圖形的程序設(shè)計以制定出探針的移動路徑和相應(yīng)的加工參數(shù)等，并且將相應(yīng)的程序源代碼生成相應(yīng)的動態(tài)鏈接庫文件，即dll宏文件，隨后載入Scripts程序庫中。然后進(jìn)入腳本程序模式，調(diào)出Nanoscript編程接口進(jìn)而調(diào)用編好的dll宏文件，根據(jù)Nanoscript宏文件指令，探針在樣品表面根據(jù)所要加工的圖形結(jié)構(gòu)移動，即矢量式移動。所述的表面掃描是指:AFM進(jìn)入成像模式后，掃描并實(shí)時觀測樣品的表面形貌，盡量采集表面粗糙度低的樣品表面區(qū)域，以在此區(qū)域進(jìn)行納米結(jié)構(gòu)的加工。所述的矢量化移動是指根據(jù)所要加工的納米結(jié)構(gòu)的幾何形狀，利用宏語言進(jìn)行宏編程，程序中規(guī)定了探針的移動路徑和一些所要加工時的參數(shù)，隨后探針在宏文件指令下進(jìn)行矢量式移動。所述的調(diào)制信號包括直流電壓脈沖波信號、調(diào)制電壓脈沖波信號、三角波信號、 梯形波信號、正弦波信號和鋸齒波信號。基于AFM的電場誘導(dǎo)氧化加工的原理基于電場誘導(dǎo)陽極氧化的電化學(xué)機(jī)制，能夠?qū)崿F(xiàn)對加工電路中微弱電流的精密實(shí)時探測，實(shí)現(xiàn)對加工電壓的實(shí)時精確測量，實(shí)現(xiàn)對電容效應(yīng)的實(shí)時觀測等，從而對于分析電場誘導(dǎo)陽極氧化加工的機(jī)理有了較為深刻的認(rèn)識。 AFM的電場誘導(dǎo)氧化加工具有最高的加工精度、最小的加工尺度、寬松的加工環(huán)境、加工與測量的實(shí)時集成、良好的可控性與穩(wěn)定性、低廉的成本、生成氧化物的絕緣性和抗刻蝕性與微電子工藝相兼容等優(yōu)點(diǎn)，因此將原子力顯微鏡針尖的納米結(jié)構(gòu)制備技術(shù)應(yīng)用于納米壓印模版的制備，既發(fā)揮原子力顯微鏡針尖在納米結(jié)構(gòu)制備上的特點(diǎn)和優(yōu)勢，又能夠通過納米壓印技術(shù)(就像半導(dǎo)體微電子工藝的光刻技術(shù)一樣)，使納米結(jié)構(gòu)能夠低成本復(fù)制到不同材料的基片上，進(jìn)而開展各類納米電子與納米光學(xué)的研究和應(yīng)用。針對目前納米壓印技術(shù)在壓印模版制備技術(shù)上的瓶頸，本專利開發(fā)基于AFM針尖局部超強(qiáng)電場誘導(dǎo)方法并結(jié)合高選擇性的各向異性濕法刻蝕工藝的納米壓印模版制備技術(shù)。本發(fā)明首先在調(diào)制電信號AFM 接觸模式與穩(wěn)恒電信號AFM接觸模式和敲擊模式下，通過對一系列AFM加工參數(shù)的最優(yōu)化組合，選擇合適的加工環(huán)境進(jìn)行納米圖形結(jié)構(gòu)的制備，均取得了良好的加工效果，然后以此作為掩膜，進(jìn)行后續(xù)的各向異性濕法刻蝕技術(shù)，將AFM電場誘導(dǎo)陽極氧化制備出的納米結(jié)構(gòu)圖形轉(zhuǎn)移到基底上，進(jìn)而制造出高深寬比的納米結(jié)構(gòu)模版。本發(fā)明基于AFM的電場誘導(dǎo)氧化加工具有最高的加工精度、最小的加工尺度、寬松的加工環(huán)境、加工與測量的實(shí)時集成、良好的可控性與穩(wěn)定性、低廉的成本、生成氧化物的絕緣性和抗刻蝕性與微電子工藝相兼容等優(yōu)點(diǎn)，因此將原子力顯微鏡針尖的納米結(jié)構(gòu)制備技術(shù)應(yīng)用于納米壓印模版的制備，既發(fā)揮原子力顯微鏡針尖在納米結(jié)構(gòu)制備上的特點(diǎn)和優(yōu)勢，又能夠通過納米壓印技術(shù)(就像半導(dǎo)體微電子工藝的光刻技術(shù)一樣)，使納米結(jié)構(gòu)能夠低成本復(fù)制到不同材料的基片上，進(jìn)而開展各類納米電子與納米光學(xué)的研究和應(yīng)用。針對目前納米壓印技術(shù)在壓印模版制備技術(shù)上的瓶頸，本專利開發(fā)基于原子力顯微鏡針尖電場誘導(dǎo)和高選擇性各向異性濕法刻蝕的納米壓印模版制備技術(shù)。本發(fā)明首先在調(diào)制電信號與穩(wěn)恒電信號下通過對一系列AFM加工參數(shù)的最優(yōu)化組合，選擇合適的加工環(huán)境進(jìn)行納米圖形的制備，然后以此作為掩膜，進(jìn)行后續(xù)的各向異性濕法刻蝕技術(shù)，將AFM電場誘導(dǎo)陽極氧化制備出的納米結(jié)構(gòu)圖形轉(zhuǎn)移到基底上，進(jìn)而制造出高深寬比的納米結(jié)構(gòu)模版。上述方法能夠制備得到更加穩(wěn)定、可重復(fù)性、具有更快的加工速度、良好性能的一維光柵模版、二維光柵模版、點(diǎn)陣光柵模版等。
圖1為矢量式AFM納米加工原理示意圖。圖2為納米壓印模版的制備流程示意圖。圖3為矢量加工程序框圖。圖4為實(shí)施例中經(jīng)氫鈍化處理的硅片表面示意圖。圖5為調(diào)制電壓信號波形圖。圖6為實(shí)施例加工電流示意圖。圖7為接觸式AFM調(diào)制電信號下加工的一維光柵納米結(jié)構(gòu)圖。圖8為接觸式AFM穩(wěn)恒電信號下加工的一維光柵、二維光柵和點(diǎn)陣光柵納米結(jié)構(gòu)圖。圖9為敲擊式AFM穩(wěn)恒電信號下加工的納米線結(jié)構(gòu)圖。圖10為納米壓印模版結(jié)構(gòu)的AFM圖像。圖11為納米壓印模版結(jié)構(gòu)的掃描電子顯微鏡(SEM)圖像。
具體實(shí)施例方式下面對本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明，本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。實(shí)施例1本實(shí)施例主要包括以下步驟第一步、樣品的制備。采用改進(jìn)的RCA清洗方案制備表面氫鈍化的硅片樣品，以免樣品暴露于大氣中時容易被氧化，并且使得清洗后的樣品表面粗糙度在0. Inm左右；第二步、將制備好的硅片樣品用銅導(dǎo)電膠或?qū)щ娿y漿固定在載物片上，放入AFM 載物臺，根據(jù)樣品的電導(dǎo)率等選擇合適的導(dǎo)電探針，安裝好探針架，打開矢量式AFM納米加工系統(tǒng)開關(guān)，并等待溫濕度與AFM電路加工系統(tǒng)至穩(wěn)定狀態(tài)，溫、濕度的變化范圍分別控制在20°C 和40% 80%，然后打開信號發(fā)生器和測量微弱電流等物理量的數(shù)字萬用表，使儀器預(yù)熱并等待其穩(wěn)定；第三步、對所需要的納米結(jié)構(gòu)進(jìn)行矢量化編程以控制針尖的運(yùn)動，具體步驟為根據(jù)所要加工的納米結(jié)構(gòu)的幾何形狀，通過Visual Basic可視化程序編程方法進(jìn)行納米結(jié)構(gòu)圖形的程序設(shè)計以制定出探針的移動路徑和加工參數(shù)，并且將相應(yīng)的程序源代碼生成相應(yīng)的動態(tài)鏈接庫文件(.dll)，隨后載入Scripts程序庫中。第四步、AFM進(jìn)入成像模式掃描狀態(tài)，設(shè)置合適的掃描范圍(1 μ m 50 μ m)、掃描速率(0. 1 μ m/s 1 μ m/s)、積分增益(對于AFM接觸模式 2. 00,對于敲擊模式 0. 30)、比例增益(對于AFM接觸模式 3. 00，對于敲擊模式 0. 50)以及針尖-樣品間接觸力參數(shù)，然后開始掃描樣品表面，使得掃描圖像的穩(wěn)定性、重復(fù)性效果等達(dá)到最好；第五步、待掃描過程穩(wěn)定并得到穩(wěn)定的重復(fù)性好的掃描圖像后，進(jìn)入腳本程序模式，調(diào)出Nanoscript接口進(jìn)而調(diào)用前面所編好的加工宏文件，控制調(diào)制電壓信號的波形、 占空比、頻率和幅度，根據(jù)Nanoscript宏文件指令，探針在樣品表面根據(jù)所要加工的圖形結(jié)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)的矢量式移動，并且在矢量線的指定位置經(jīng)由SAM來激發(fā)信號發(fā)生器的空閑通道，從而觸發(fā)調(diào)制信號源，產(chǎn)生指定信號，載入電壓荷載并施加到樣品與探針之間，實(shí)現(xiàn)場致誘導(dǎo)加工，同時相應(yīng)的精密測量設(shè)備數(shù)字萬用表實(shí)時測量電路中的微弱電流信號、加工電壓并自動存儲到外接的存儲器上，示波器則顯示信號發(fā)生器及加工電壓的波形示意圖；第六步、待加工完成后，進(jìn)入實(shí)時成像模式，再次掃描來獲得加工結(jié)構(gòu)的表面形貌結(jié)構(gòu)示意圖。第七步、利用所制備的納米圖形結(jié)構(gòu)作為掩膜，結(jié)合高選擇性各向異性濕法刻蝕技術(shù)，將AFM電場誘導(dǎo)陽極氧化制備出的納米結(jié)構(gòu)圖形轉(zhuǎn)移到基底上，進(jìn)而制造出相對高深寬比的納米結(jié)構(gòu)模版。如圖1-圖3所示，本實(shí)施例在具體應(yīng)用時的操作步驟如下施加調(diào)制電信號下的接觸模式加工本實(shí)施例中，通過對所需要的納米結(jié)構(gòu)信息進(jìn)行矢量化處理得到加工路線信息， 并采集待處理樣品的表面掃描圖像并用探針在待處理樣品的表面根據(jù)加工路線信息及表面掃描圖像進(jìn)行矢量式移動，當(dāng)?shù)竭_(dá)加工區(qū)域后由矢量式納米加工系統(tǒng)的信號接口激發(fā)信號發(fā)生器的空閑通道并通過調(diào)制信號發(fā)送電壓載荷信息至探針，實(shí)現(xiàn)場致誘導(dǎo)加工，具體步驟包括
第一步、樣品的制備。采用改進(jìn)的RCA清洗方案制備表面氫鈍化的硅片樣品，以免樣品暴露于大氣中時容易被氧化，并且使得清洗后的樣品表面粗糙度在0. Inm左右。選用ρ型(110)硅片(電阻率為20 35歐姆厘米)(待選用硅片m型(111)硅片(電阻率0.004歐姆厘米)、p型(100)硅片(電阻率為1 10歐姆厘米))在化學(xué)清洗方法當(dāng)中，基于RCA清洗方法的一些改進(jìn)方案在半導(dǎo)體工藝研究中比較普遍。本專利在清洗樣品時，根據(jù)RCA清洗方法并結(jié)合實(shí)踐探討與摸索，對清洗方案加以改進(jìn)，將樣品的清洗分為兩大步(1)硅片表面的清潔處理。a 將硅片浸泡在三氯乙烯溶液中，并用超聲波清洗15分鐘；b 然后將硅片浸泡在丙酮中，并用超聲波清洗15分鐘；c 再將硅片浸泡在無水乙醇中，并用超聲波清洗15分鐘；d 最后浸泡在去離子水中，同時用超聲波清洗15分鐘；(2)去原生氧化膜及硅片表面氫鈍化處理。a:將上述硅片浸泡在SPM溶液(H2SO4 (98% ) H2O2 (30% ) =4:1)當(dāng)中，同時使得溫度穩(wěn)定在90°C，浸泡15分鐘；b 然后將硅片浸泡在濃度為4%的氫氟酸溶液中1分鐘；c 最后將上述樣品浸泡在去離子水中，并同時使用超聲波清洗15分鐘后用氮?dú)鈽尨蹈?。如圖4所示，硅片樣品經(jīng)過上述兩大步處理后，其表面平均粗糙度極低，可達(dá) 0. 066nm,完全滿足AFM納米加工的要求。硅片樣品表面粗糙度分析AFM照片。粗糙度平均值為0. 066nm，樣品粗糙度的均方根值為0. IlOnm0第二步、將制備好的硅片樣品用銅導(dǎo)電膠或?qū)щ娿y漿固定在載物片上，放入AFM 載物臺，根據(jù)樣品的電導(dǎo)率等選擇合適的導(dǎo)電探針，安裝好探針架，打開矢量式AFM納米加工系統(tǒng)開關(guān)，并等待溫濕度與AFM電路加工系統(tǒng)至穩(wěn)定狀態(tài)，溫、濕度的變化范圍分別控制在20°C 和40% 80%，然后打開信號發(fā)生器和測量微弱電流等物理量的數(shù)字萬用表，使儀器預(yù)熱并等待其穩(wěn)定；第三步、對所需要的納米結(jié)構(gòu)進(jìn)行編程，程序控制探針針尖的運(yùn)動。根據(jù)所要加工的納米結(jié)構(gòu)的幾何形狀，通過Visual Basic可視化程序編程方法進(jìn)行納米結(jié)構(gòu)圖形的程序設(shè)計以制定出探針的移動路徑和相應(yīng)的加工參數(shù)等，并且將相應(yīng)的程序源代碼生成相應(yīng)的動態(tài)鏈接庫文件(.dll)，隨后載Akripts程序庫中。本例是對一維光柵結(jié)構(gòu)進(jìn)行加工，所編寫的相應(yīng)的加工程序如下
#include <litho.h> #include <gui.h> #include "lithoLine.h"extern "C" —declspec(dllexport) int macroMainO
{ 一
Il Parameters with default values
Aoatlength = IO-Of; int count = 1; float interval = 0.0;
// length of line Il number of lines // distance between lines
float rate = l.Of; float bias = O.Of;
// tip velocity, l.Oum/s // tip bias.
LineArray line;
Il Make a dialog box to prompt user for parameter values DialogBox dig = ModalDialog(,fDiamond Parameters");
AddFloatControl(dlg, "Length (um)"，length, 0.0,100.0); // 100 um for line length in maximum
AddIntControl(dlg, "Count"，count, 0，100); // 100 lines in maximum AddFloatControl(dlg, "Interval (um)", interval, 0.0,100.0); // distance between lines, IOOum in maximum
AddFloatControl(dlg, "Rate (um/s)", rate，0.0,100.0);// tip velocity
AddFloatControl(dlg, "Bias (v)"，bias，-12.0,12.0); // tip bias，-12V 12V
AddButton(dlg, "&Do It"，noID, NULL, uibClose|uibNone); AddButton(dlg, "&Cancel"，0，NULL, uibClose|uibNone);
Il display the dialog box int res = RunDialog(dlg);
Debug("res: %d\n", res); if (res = 0)
return 0; Il 0 makes macro unload
if(count<=0) {
SayError("number of lines is 0，NOT A GRATING !!！\nPlease check the
inputAn");
return 0;
}
else{
line = IithoGrating(count，length, interval); Il calculate each end point in the lines
LITHO_BEGIN
LithoDisplayStatusBox(); Il display litho status box LithoScan(false);Il turn off scanning
for (int i=0; i!=count; i++) {
LithoCenterXYO；// move tip to center of field
LithoTranslate(_line[i].start.x, _line[i].start.y, 10); //move tip to the start point of
the lineLithoSet(lsAna2, bias); Il add bias to the tip
LithoTranslate(0, -length, rate); //move tip to the end point of the line LithoSet(lsAna2, 0); Il turn off bias
LithoSet(lsAna2, 0); Il turn off bias
LITHO_END
return 0;
}第四步、AFM進(jìn)入成像模式掃描狀態(tài)，設(shè)置合適的掃描范圍(1 μ m 50 μ m)、掃描速率(0. 1 μ m/s 1 μ m/s)、積分增益(對于AFM接觸模式 2. 00,對于敲擊模式 0. 30)、比例增益(對于AFM接觸模式 3. 00，對于敲擊模式 0. 50)以及針尖-樣品間接觸力參數(shù)，然后開始掃描樣品表面，使得掃描圖像的穩(wěn)定性、重復(fù)性效果等達(dá)到最好；第五步、待掃描過程穩(wěn)定并得到穩(wěn)定的重復(fù)性好的掃描圖像后，進(jìn)入腳本程序模式，調(diào)出Nanoscript接口進(jìn)而調(diào)用前面所編好的加工宏文件，控制調(diào)制電壓信號的波形、 占空比、頻率和幅度，根據(jù)Nanoscript宏文件指令，探針在樣品表面根據(jù)所要加工的圖形結(jié)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)的矢量式移動，并且在矢量線的指定位置經(jīng)由SAM來激發(fā)信號發(fā)生器的空閑通道，從而觸發(fā)調(diào)制信號源，產(chǎn)生指定信號，載入電壓荷載并施加到樣品與探針之間，實(shí)現(xiàn)場致誘導(dǎo)加工，同時相應(yīng)的精密測量設(shè)備數(shù)字萬用表實(shí)時測量電路中的微弱電流信號、加工電壓并自動存儲到外接的存儲器上，示波器則顯示信號發(fā)生器及加工電壓的波形示意圖；利用AFM在接觸模式下控制調(diào)制電壓信號的波形(此例采用方波電信號脈沖)、占空比、頻率和幅度等進(jìn)行氧化加工試驗(yàn)。加工參數(shù)加工過程中的電壓如圖5所示；通道1表示施加的信號電壓14V，通道2表示實(shí)際的加工電壓，并顯示出明顯的電容充放電效應(yīng)。占空比0. 5 ；周期=Ims ；頻率=IOOOHZ ；最高電平:14V ；限流電阻1兆歐；針尖移動速率0. 1 μ m/s加工過程中探測到的電流(程序中設(shè)定加工10條結(jié)構(gòu)，其對應(yīng)的加工電流全部顯示出)如圖6所示。第六步、待加工完成后，進(jìn)入實(shí)時成像模式，再次掃描來獲得加工結(jié)構(gòu)的表面形貌結(jié)構(gòu)示意圖，相應(yīng)的AFM加工結(jié)果照片見后面圖7。線寬156nm，線高2.4nm。利用AFM在接觸模式下控制調(diào)制電壓信號的波形、占空比、頻率和幅度等進(jìn)行氧化加工試驗(yàn)。與施加直流電壓加工相比，調(diào)制電壓信號加工可以減弱空間電荷積累導(dǎo)致的影響，進(jìn)而減小加工結(jié)構(gòu)的線寬并且提升其高度。實(shí)施例2施加穩(wěn)恒電信號下的接觸模式加工，此時亦可使用系統(tǒng)自身的直流電信號來進(jìn)行場致誘導(dǎo)加工。第一步、樣品的制備參考實(shí)施例1。第二步、將制備好的硅片樣品用銅導(dǎo)電膠或?qū)щ娿y漿固定在載物片上，放入AFM 載物臺，根據(jù)樣品的電導(dǎo)率等選擇合適的導(dǎo)電探針，安裝好探針架，打開矢量式AFM納米加工系統(tǒng)開關(guān)，并等待溫濕度與AFM電路加工系統(tǒng)至穩(wěn)定狀態(tài)，溫、濕度的變化范圍分別控制在20°C 和40% 80%，然后打幵信號發(fā)生器和測量微弱電流等物理量的數(shù)字萬用表，使儀器預(yù)熱并等待其穩(wěn)定；第三步、對所需要的納米結(jié)構(gòu)進(jìn)行編程，程序控制探針針尖的運(yùn)動。根據(jù)所要加工的納米結(jié)構(gòu)的幾何形狀，通過Visual Basic可視化程序編程方法進(jìn)行納米結(jié)構(gòu)圖形的程序設(shè)計以制定出探針的移動路徑和相應(yīng)的加工參數(shù)等，并且將相應(yīng)的程序源代碼生成相應(yīng)的動態(tài)鏈接庫文件(.dll)，隨后載Akripts程序庫中。本例分別對一維光柵結(jié)構(gòu)、二維光柵結(jié)構(gòu)和點(diǎn)陣光柵結(jié)構(gòu)進(jìn)行加工，所編寫的相應(yīng)的加工程序如下一維光柵結(jié)構(gòu)的加工程序見實(shí)施例1 ；二維光柵結(jié)構(gòu)的加工程序
#include <litho.h> #include <gui.h> #include "lithoLine.h"
extern "C" —declspec(dllexport) int macroMainO
{
// Parameters with default values
float IengthRow = lO.Of; // length of Row
AoatlengthCol=IO-Of; // length of Column
int countRow = 1; // number of Row
int countCol = 1; // number of Column
float intervalRow = O.Of; // distance between Row
float intervalCol = O.Of;// distance between Column
float rateRow = l.Of; // tip velocity for Row, l.Oum/s
AoatrateCol=LOf;// tip velocity for Col, l.Oum/s
float biasRow = O.Of; // tip bias for Row.
AoatbiasCol = O-Of; // tip bias for Column.
float setpointRow = O.Of; // setpoint for Row
float setpointCol = O.Of; // setpoint for Col
LineArray Row;
LineArray Col;// Make a dialog box to prompt user for parameter values DiaIogBox dig = ModalDialog("Diamond Parameters");
AddFloatControl(dlg, "Length of Row (um)", IengthRow, 0.0,100.0); // 100 um for Row length in maximum
AddIntControl(dlg, "Count of Row", countRow, 0，100); // 100 Rows in maximum
AddFloatControl(dlg, "Interval ofRow(um)", intervalRow, 0.0,100.0); // distance between Rows, IOOum in maximum
AddFloatControl(dlg, "Rate of Row(um/s)", rateRow, 0.0,100.0); // tip velocity in litho Rows
AddFloatControl(dlg, "Bias of Row (V)", biasRow, -12.0,12.0); // tip bias in Utho Rows, -12V 12V
AddFloatControl(dlg, "Length of Column (um)", IengthCol, 0.0,100.0); // 100 um for Col length in maximum
AddIntControl(dlg, "Count of Column", countCol, 0，100);// 100 Cols in
maximum
AddFloatControl(dlg, "Interval of Column(um)", intervalCol, 0.0,100.0); // distance between Cols9 IOOum in maximum
AddFloatControl(dlg, "Rate of Column(um/s)", rateCol, 0.0,100.0);// tip
velocity in litho Cols
AddFloatControl(dlg, "Bias of Column (V)", biasCol, -12.0,12.0); // tip bias in Utho Cols, -12V 12V
AddFloatControl(dlg, "Setpoint of Row(V)", setpointRow, -10.0,10.0); // setpoint in Row lithography
AddFloatControl(dlg, "Setpoint of Col(V)", setpointCol, -10.0,10.0); // setpoint in Col lithography
AddButton(dlg, "&Do It", noID, NULL, uibClose|uibNone); AddButto一dig，"&Cancer，0，NULL, uibClose|uibNone);
// display the dialog box int res = RunDialog(dlg);
Debug("res: %d\n", res); if (res = 0)
return 0; // 0 makes macro unload
if(countRow<=0 && couiitCol<=0)
{
SayError(" number of Rows and Columns is 0，NOT A GRATING !!！\nPlease check the inputAn");
return 0;
}
else{
Row = lithoGratingRow(countRow, IengthRow9 intervalRow); Il calculate each end point in the lines
Col = lithoGratingCol(countCol, IengthCol9 intervalCol);// calculate each end
point in the lines }LITHO_BEGIN
LithoDisplayStatusBox(); Il display litho status box LithoScan(false);Il turn off scanning
for (int i=0; i!=_Row.size(); i++) { _
LithoCenterXYO；// move tip to center of field
LithoTranslate(_Row[i].start.x, _Row[i].start.y, 10); //move tip to the start point of
LithoSet(lsAna2, biasRow); // add bias to the tip LithoSet(lsSetpoint, setpointRow); // set setpoint for Row lithography LithoTranslate(0, -IengthRow, rateRow); //move tip to the end point of the line LithoSet(lsAna2, 0); II turn off bias
the line
the line
for (int j=0; j!=_Col.size0； j++) { _
LithoCenterXYO；// move tip to center of field
LithoTranslate(_Col[j].start.x, _Col[j].start.y, 10); //move tip to the start point of LithoSet(lsAna2, biasCol); // add bias to the tip
LithoSet(lsSetpoint, setpointCol); // set setpoint for Column lithography LithoTranslate(-lengthCol, 0，rateCol); //move tip to the end point of the line LithoSet(lsAna2, 0); II turn off bias
LithoSet(lsAna2, 0); II turn off bias
LITHO_END
return 0;
點(diǎn)陣光柵結(jié)構(gòu)的加工程序:
#include <litho.h> #include <gui.h> #include "matrix.h"
extern "C" —declspec(dllexport) int macroMainO
{ 一
int ptlnRow = 1; //行數(shù) intptInCol=l; //列— float intervalRow = 0.0; //行間隔 float intervalCol = 0.0; //列間隔
float time = 0.0; float bias = 0.0; float rate = 10.0; float setpoint = 0.0;Il Make a dialog box to prompt user for parameter values DialogBox dig = ModalDialog("Diamond Parameters"); AddIntControl(dlg, "Row:", ptlnRow, 0,100); AddIntControl(dlg, "Column:", ptlnCol, 0,100); AddFloatControl(dlg, "Interval in Row(um):", intervalRow, 0.0，100.0); AddFloatControl(dlg, "Interval in Column(um):", intervalCol, 0.0，100.0);
AddFloatControl(dlg, "Time(sec):"，time, 0.0,100.0); AddFloatControl(dlg, "Bias(V):", bias, -12.0，12.0); AddFloatControl(dlg, "Setpoint(\0", setpoint, -10.0,10.0);
AddButton(dlg, "&Do It", noID, NULL, uibClose|uibNone); AddButton(dlg, "&Cancer，0，NULL, uibClose|uibNone);
Il display the dialog box int res = RunDialog(dlg);
Debug("res: %d\n", res); if (res = 0)
return 0; Il 0 makes macro unload
if(ptInRow<=0 || ptInCol<=0) {
SayError(" number of Rows and Columns is 0，NOT A MATRIX !!！\nPlease check the input.\n");
return 0;
}
PointMatrix Matrix = lithoMatrix(ptInRow, ptlnCol, intervalRow, intervalCol);
LITHO_BEGIN
LithoDisplayStatusBox(); Il display litho status box LithoScan(false);Il turn off scanning
LithoCenterXYO；Il move tip to the center
LithoSet(lsSetpoint, setpoint); //將刻蝕過程中的 setpoint 修改為設(shè)定值
for (int row=0; row!=ptInRow; row++) {
PointArray tmpLine — _Matrix[row];
for (int col=0; col!=ptInCol; col++) {
LithoCenterXYO；
LithoTranslate(tmpLine[col].x, tmpLine[col].y, rate); LithoPulse(lsAna2, bias, time); LithoSet(lsAna2, 0); Il turn off bias
LithoSet(lsAna2, 0); Il turn off bias LITHO_END
return 0;
} 第四步、AFM進(jìn)入成像模式掃描狀態(tài)，設(shè)置合適的掃描范圍(1 μ m 50 μ m)、掃描速率(0. 1 μ m/s 1 μ m/s)、積分增益(對于AFM接觸模式 2. 00,對于敲擊模式 0. 30)、比例增益(對于AFM接觸模式 3. 00，對于敲擊模式 0. 50)以及針尖-樣品間接觸力參數(shù)，然后開始掃描樣品表面，使得掃描圖像的穩(wěn)定性、重復(fù)性效果等達(dá)到最好；第五步、待掃描過程穩(wěn)定并得到穩(wěn)定的重復(fù)性好的掃描圖像后，進(jìn)入腳本程序模式，調(diào)出Nanoscript接口進(jìn)而調(diào)用前面所編好的加工宏文件，控制調(diào)制電壓信號的波形、 占空比、頻率和幅度，根據(jù)Nanoscript宏文件指令，探針在樣品表面根據(jù)所要加工的圖形結(jié)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)的矢量式移動，并且在矢量線的指定位置經(jīng)由SAM來激發(fā)信號發(fā)生器的空閑通道，從而觸發(fā)調(diào)制信號源，產(chǎn)生指定信號，載入電壓荷載并施加到樣品與探針之間，實(shí)現(xiàn)場致誘導(dǎo)加工，同時相應(yīng)的精密測量設(shè)備數(shù)字萬用表實(shí)時測量電路中的微弱電流信號、加工電壓并自動存儲到外接的存儲器上，示波器則顯示信號發(fā)生器及加工電壓的波形示意圖；第六步、待加工完成后，進(jìn)入實(shí)時成像模式，再次掃描來獲得加工結(jié)構(gòu)的表面形貌結(jié)構(gòu)示意圖，相應(yīng)的AFM加工結(jié)果照片見后面圖8。一維光柵加工參數(shù)加工電壓-10V ；針尖移動速率0. 5ym/s ；RH = 66. 7%;T = 25 °C一維光柵線寬294nm，線高1. 5nm二維光柵加工參數(shù)加工電壓_8V ；針尖移動速率0. 1 μ m/s ；RH = 59. 5% ；T = 24 0C二維光柵線寬214nm，線高0. 6nm點(diǎn)陣光柵加工參數(shù)加工電壓-lOV ；施加脈沖時間:10s ；RH = 60. 7% ；T = 24°C點(diǎn)陣光柵直徑195nm，點(diǎn)高0. 6nm與施加直流電壓加工相比，調(diào)制電壓信號加工可以減弱空間電荷積累導(dǎo)致的影響，進(jìn)而減小加工結(jié)構(gòu)的線寬并且提升其高度。實(shí)施例3施加穩(wěn)恒電信號下的敲擊模式加工。加工過程的第一步和第二步與實(shí)施例2相同，加工過程的第三步同實(shí)施例1。第四步、AFM進(jìn)入成像模式掃描狀態(tài)，設(shè)置合適的掃描范圍(1 μ m 50 μ m)、掃描速率(0. 1 μ m/s 1 μ m/s)、積分增益(對于AFM接觸模式 2. 00,對于敲擊模式 0. 30)、比例增益(對于AFM接觸模式 3. 00，對于敲擊模式 0. 50)以及探針振蕩振幅等參數(shù)，然后開始掃描樣品表面，使得掃描圖像的穩(wěn)定性、重復(fù)性效果等達(dá)到最好；第五步、待掃描過程穩(wěn)定并得到穩(wěn)定的重復(fù)性好的掃描圖像后，進(jìn)入腳本程序模式，調(diào)出Nanoscript接口進(jìn)而調(diào)用前面所編好的加工宏文件，控制調(diào)制電壓信號的波形、 占空比、頻率和幅度，根據(jù)Nanoscript宏文件指令，探針在樣品表面根據(jù)所要加工的圖形結(jié)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)的矢量式移動，并且在矢量線的指定位置經(jīng)由SAM來激發(fā)信號發(fā)生器的空閑通道，從而觸發(fā)調(diào)制信號源，產(chǎn)生指定信號，載入電壓荷載并施加到樣品與探針之間，實(shí)現(xiàn)場致誘導(dǎo)加工，同時相應(yīng)的精密測量設(shè)備數(shù)字萬用表實(shí)時測量電路中的微弱電流信號、加工電壓并自動存儲到外接的存儲器上，示波器則顯示信號發(fā)生器及加工電壓的波形示意圖；第六步、待加工完成后，進(jìn)入實(shí)時成像模式，再次掃描來獲得加工結(jié)構(gòu)的表面形貌結(jié)構(gòu)示意圖，相應(yīng)的AFM加工結(jié)果照片見后面圖9。
加工參數(shù)加工電壓_12V ；針尖移動速率0. 1 μ m/s ；加工振幅6nm ；偏轉(zhuǎn)靈敏度40. 27nm/V ；加工振幅驅(qū)動0. 149V ；阻尼比38%相應(yīng)的加工結(jié)果參見圖7。線寬37nm，線高2.8nm。比較發(fā)現(xiàn)輕敲模式下針尖的調(diào)制作用不僅減小了加工時橫向力的影響，利于得到更窄的線寬和更高的結(jié)構(gòu)高度，而且加快了氧化物的生長速度，利于增大納米結(jié)構(gòu)的高寬比和提高加工效率。如圖10和圖11所示，為各向異性濕法刻蝕技術(shù)進(jìn)行圖形轉(zhuǎn)移，制備納米壓印模版。第七步、利用所制備的納米圖形結(jié)構(gòu)作為掩膜，結(jié)合各向異性濕法刻蝕技術(shù)，將 AFM電場誘導(dǎo)陽極氧化制備出的納米結(jié)構(gòu)圖形轉(zhuǎn)移到基底上，進(jìn)而制造出相對高深寬比的納米結(jié)構(gòu)模板，本專利主要制備了一維光柵模版、二維光柵模版、點(diǎn)陣光柵模版等。(1)刻蝕溶液的配置a :10wt% TMAH堿液與IOwt % 20wt% IPA溶液適當(dāng)混合制成刻蝕溶液；b 20wt %的KOH堿性刻蝕液；(2)將實(shí)施例2中的一維光柵納米結(jié)構(gòu)圖形進(jìn)入到配置好的刻蝕液(1)中，進(jìn)行圖形轉(zhuǎn)移。若用刻蝕溶液a，則80°C下，刻蝕5分鐘左右；若用刻蝕溶液b，則60°C下，刻蝕 2 5分鐘左右；(3)刻蝕完成后，清洗模版a 將硅片浸泡在三氯乙烯溶液中，并用超聲波清洗15分鐘；b 然后將硅片浸泡在丙酮中，并用超聲波清洗15分鐘；c 再將硅片浸泡在無水乙醇中，并用超聲波清洗15分鐘；d 最后浸泡在去離子水中，同時用超聲波清洗15分鐘，并用氮?dú)鈽尨蹈伞?4)模版的結(jié)構(gòu)表征，參見圖10和圖11 一維光柵模版的線寬296nm，線高108nm。顯然，濕法刻蝕工藝后模版的深寬比遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于濕法刻蝕前的深寬比(濕法刻蝕前的結(jié)構(gòu)見實(shí)施例2中的一維光柵納米結(jié)構(gòu)圖形)。
權(quán)利要求
1.一種矢量式AFM納米加工系統(tǒng)的納米壓印模版的制備方法，其特征在于，包括以下步驟第一步、采用改進(jìn)的RCA清洗方式制備表面氫鈍化的硅片樣品；第二步、裝載硅片樣品并設(shè)置測試環(huán)境；第三步、對所需要的納米結(jié)構(gòu)進(jìn)行矢量化編程得到加工宏文件以控制針尖的運(yùn)動；第四步、AFM進(jìn)入成像模式掃描狀態(tài)，然后開始掃描樣品表面；第五步、待掃描過程穩(wěn)定并得到穩(wěn)定的重復(fù)性好的掃描圖像后，進(jìn)入腳本程序模式，通過調(diào)用第三步中得到的加工宏文件并導(dǎo)入加工系統(tǒng)中開始加工；第六步、待加工完成后，進(jìn)入實(shí)時成像模式，再次掃描來獲得加工結(jié)構(gòu)的表面形貌結(jié)構(gòu)圖；第七步、利用所制備的納米圖形結(jié)構(gòu)作為掩膜，結(jié)合高選擇性各向異性濕法刻蝕技術(shù)， 將AFM電場誘導(dǎo)陽極氧化制備出的納米結(jié)構(gòu)圖形轉(zhuǎn)移到基底上，進(jìn)而制造出納米結(jié)構(gòu)模版。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的矢量式AFM納米加工系統(tǒng)的納米壓印模版的制備方法，其特征是，所述的第二步具體是指將制備好的硅片樣品用銅導(dǎo)電膠或?qū)щ娿y漿固定在載物片上，放入AFM載物臺，根據(jù)樣品的電導(dǎo)率等選擇合適的導(dǎo)電探針，安裝好探針架，打開矢量式AFM納米加工系統(tǒng)開關(guān)，并等待溫濕度與AFM電路加工系統(tǒng)至穩(wěn)定狀態(tài)，溫度和濕度的變化范圍分別控制在20°C 和40% 80%，然后打開信號發(fā)生器和測量微弱電流等物理量的數(shù)字萬用表，使儀器預(yù)熱并等待其穩(wěn)定。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的矢量式AFM納米加工系統(tǒng)的納米壓印模版的制備方法，其特征是，所述的第三步具體是指根據(jù)所要加工的納米結(jié)構(gòu)的幾何形狀，通過Visual Basic 可視化程序編程方法進(jìn)行納米結(jié)構(gòu)圖形的程序設(shè)計以制定出探針的移動路徑和加工參數(shù)， 并且將相應(yīng)的程序源代碼生成相應(yīng)的動態(tài)鏈接庫文件，即dll文件，隨后載入Scripts程序庫中。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的矢量式AFM納米加工系統(tǒng)的納米壓印模版的制備方法，其特征是，第四步中所述的成像模式掃描狀態(tài)是指設(shè)置掃描范圍為1 μ m 50 μ m、掃描速率為 0. 1 μ m/s lym/s ；對于AFM接觸模式的積分增益為2. 00，對于敲擊模式的積分增益為 0. 30 ；對于AFM接觸模式的比例增益為3. 00，對于敲擊模式的比例增益為0. 50。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的矢量式AFM納米加工系統(tǒng)的納米壓印模版的制備方法，其特征是，所述的第五步是指調(diào)出Nanoscript接口進(jìn)而調(diào)用前面所編好的加工宏文件，控制調(diào)制電壓信號的波形、占空比、頻率和幅度，根據(jù)Nanoscript宏文件指令，探針在樣品表面根據(jù)所要加工的圖形結(jié)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)的矢量式移動，并且在矢量線的指定位置經(jīng)由SAM來激發(fā)信號發(fā)生器的空閑通道，從而觸發(fā)調(diào)制信號源，產(chǎn)生指定信號，載入電壓荷載并施加到樣品與探針之間，實(shí)現(xiàn)場致誘導(dǎo)加工，同時相應(yīng)的精密測量設(shè)備數(shù)字萬用表實(shí)時測量電路中的微弱電流信號、加工電壓并自動存儲到外接的存儲器上，示波器則顯示信號發(fā)生器及加工電壓的波形示意圖。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的矢量式AFM納米加工系統(tǒng)的納米壓印模版的制備方法，其特征是，所述的高選擇性各向異性濕法刻蝕技術(shù)是指首先通過對所需要的納米結(jié)構(gòu)信息進(jìn)行矢量化處理得到加工路線信息，并采集待處理樣品的表面掃描圖像，然后探針在待處理樣品的表面根據(jù)加工路線信息及表面掃描圖像進(jìn)行矢量式移動，當(dāng)?shù)竭_(dá)加工區(qū)域后由矢量式納米加工系統(tǒng)的信號接口激發(fā)信號發(fā)生器的空閑通道并通過調(diào)制信號發(fā)送電壓載荷信息至探針，實(shí)現(xiàn)場致誘導(dǎo)加工，進(jìn)而制備出所需的納米結(jié)構(gòu)模版。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的矢量式AFM納米加工系統(tǒng)的納米壓印模版的制備方法，其特征是，所述的矢量化處理是指通過Visual Basic可視化程序編程方法進(jìn)行納米結(jié)構(gòu)圖形的程序設(shè)計以制定出探針的移動路徑和相應(yīng)的加工參數(shù)等，并且將相應(yīng)的程序源代碼生成相應(yīng)的動態(tài)鏈接庫文件，即dll宏文件，隨后載入Scripts程序庫中，然后進(jìn)入腳本程序模式，調(diào)出Nanoscript編程接口進(jìn)而調(diào)用編好的dll宏文件，根據(jù)Nanoscript宏文件指令， 探針在樣品表面根據(jù)所要加工的圖形結(jié)構(gòu)移動，即矢量式移動。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的矢量式AFM納米加工系統(tǒng)的納米壓印模版的制備方法，其特征是，所述的表面掃描是指AFM進(jìn)入成像模式后，掃描并實(shí)時觀測樣品的表面形貌，盡量采集表面粗糙度低的樣品表面區(qū)域，以在此區(qū)域進(jìn)行納米結(jié)構(gòu)的加工。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的矢量式AFM納米加工系統(tǒng)的納米壓印模版的制備方法，其特征是，所述的矢量化移動是指根據(jù)所要加工的納米結(jié)構(gòu)的幾何形狀，利用宏語言進(jìn)行宏編程，程序中規(guī)定了探針的移動路徑和一些所要加工時的參數(shù)，隨后探針在宏文件指令下進(jìn)行矢量式移動。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的矢量式AFM納米加工系統(tǒng)的納米壓印模版的制備方法，其特征是，所述的調(diào)制信號包括直流電壓脈沖波信號、調(diào)制電壓脈沖波信號、三角波信號、梯形波信號、正弦波信號和鋸齒波信號。
全文摘要
一種納米制造技術(shù)領(lǐng)域的矢量式AFM納米加工系統(tǒng)的納米壓印模版的制備方法，通過對所需要的納米結(jié)構(gòu)進(jìn)行矢量化編程得到加工宏文件以控制針尖的運(yùn)動，并AFM進(jìn)入成像模式掃描狀態(tài)，然后開始掃描樣品表面，待掃描過程穩(wěn)定并得到穩(wěn)定的重復(fù)性好的掃描圖像后，進(jìn)入腳本程序模式，通過調(diào)用第三步中得到的加工宏文件并導(dǎo)入加工系統(tǒng)中開始加工；待加工完成后，進(jìn)入實(shí)時成像模式，再次掃描來獲得加工結(jié)構(gòu)的表面形貌結(jié)構(gòu)圖；最后利用所制備的納米圖形結(jié)構(gòu)作為掩膜，結(jié)合高選擇性各向異性濕法刻蝕技術(shù)，將AFM電場誘導(dǎo)陽極氧化制備出的納米結(jié)構(gòu)圖形轉(zhuǎn)移到基底上，進(jìn)而制造出納米結(jié)構(gòu)模版。
文檔編號B81C1/00GK102303840SQ20111017254
公開日2012年1月4日 申請日期2011年6月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月24日
發(fā)明者萬霞, 王慶康, 王陽培華, 胡克想 申請人:上海交通大學(xué)