CN101949957B - 一种采用半导体纳米线作为探针精确移动纳米线的方法 - Google Patents

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本发明涉及一种采用半导体纳米线作为探针精确移动纳米线的方法，包括：在真空系统中，制备半导体纳米线探针，在半导体纳米线移动探针和被移动线之间施加1～50V的电压，通过安装在透视电子显微镜中的STM系统让两个纳米材料接触，利用它们之间的静电吸引力，使被移动的纳米线移动到指定位置。该方法简单实现对纳米材料的三维空间操纵，能方便利用纳米材料构建纳米器件，并对纳米器件的性能进行评估，对于设计和构建新型纳米元器件、纳米器件的研究和应用都具有非常重要的意义。

Description

一种采用半导体纳米线作为探针精确移动纳米线的方法
技术领域
本发明属于精确移动纳米材料领域，特别涉及一种采用半导体纳米线作为探针精确移动纳米线的方法。
背景技术
随着纳米材料研究工作的不断深入，世界各国的研究趋势正逐步由广泛探索纳米材料的制备转移到纳米材料单体(单根纳米线、纳米管或纳米线异质结)性能测量及具有重要应用背景的纳米器件制造。纳米材料单体物理性能测量是纳米器件设计与功能化的基础和关键。纳米材料的尺寸与光波波长、德布罗意波长以及超导态的相干长度等物理特征尺寸相当，同时纳米材料包含的原子数大大下降，使得晶体周期性的边界条件被破坏，宏观固定的准连续能带转变为离散的能级；纳米材料表面层附近的原子密度减小，电子的平均自由程很短，而局域性和相干性增强。这些特点导致纳米材料宏观的光、电、磁、热、力学等物理特性与常规材料有很大不同，体现出量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应和宏观隧道效应等。这些特性使得纳米材料目前已成为高集成、高通量和大功率等新功能器件的基础。新功能器件的设计与实现则要求对纳米材料单体的微结构与性能进行深入地研究，进而才能对构建的纳米器件功能化进行评估。然而，目前常规的技术和方法包括现代微电子技术和微加工方法难以对尺寸如此微小(0-100纳米)、特定结构的纳米材料进行操纵、加工处理和性能研究，这就需要使用具有高空间分辨率的现代电子显微技术才能对纳米材料进行操纵和研究。纳米材料的在线电子显微学，就是在此背景下最近发展起来的最先进的对纳米材料单体进行原位物理性能测量、微结构研究、操纵及加工的科学。纳米材料的在线电子显微学就是在高分辨透射电镜中，采用先进的样品台和数据分析系统，将外场引入到单个纳米材料的特定部位，对纳米材料进行三维空间的操纵，在接近原子分辨的尺度上原位研究纳米材料微结构、性能及其对外场的响应行为的动态过程研究。这在一定程度上给所研究的纳米材料创造一个器件化的模型环境，对于设计和构建新型纳米元器件具有非常重要的意义。所以，要想得到简单、快速移动纳米线构建纳米器件，必须通过快速移动纳米线的方法，但是迄今为止尚未见采用半导体纳米线作为探针来精确移动纳米材料的方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种采用半导体纳米线作为探针精确移动纳米线的方法，该方法简单实现对纳米材料的三维空间操纵，能方便利用纳米材料构建纳米器件，并对纳米器件的性能进行评估，对于设计和构建新型纳米元器件、纳米器件的研究和应用都具有非常重要的意义。
本发明的一种采用半导体纳米线作为探针精确移动纳米线的方法，包括：
(1)将移动端纳米线粘到0.25～0.35毫米的Au针尖上，并将Au针尖安装在纳米探针套管上；
(2)将被移动纳米线粘到0.25～0.35毫米的Pt针尖上，并将Pt针尖安装在STM套管上；
(3)待透射电子显微镜样品室达到真空后，插入STM样片杆，开启电子束，观察被散射电子像，并用STM系统控制移动电解；
(4)在Au针尖上找到一根突出的纳米线，用STM移动控制系统移动纳米线，将其与Pt针尖相连接，在Au针尖和Pt针尖之间加一个5～20V的恒定电压，关闭电压，移动STM使Au针尖上的纳米线与Pt针尖分开，形成在Au针尖上的纳米线移动探针；
(5)将Au电极和Pt电极针尖移动到Pt上被移动的纳米线附近，在两电极上加1～50V电压，然后用探针与被移动纳米线相接触，关闭电压，用STM系统移动探针，将被移动纳米线移动到需要的位置，最后将探针移去，实现纳米线的精确移动。
步骤(1)中的所述移动端纳米线为半导体纳米线。
所述半导体纳米线为硫化锌纳米线或硒化锌纳米线。
步骤(2)中的所述被移动纳米线为半导体纳米线或金属纳米线。
所述半导体纳米线为硫化锌纳米线或n型硅半导体纳米线，金属纳米线为金纳米线。
该方法是通过安装在透视电子显微镜中的STM系统来操纵的。
该方法是通过在半导体纳米线探针电极上加电压，通过电场的作用在被移动纳米材料上产生相反的电荷，通过静电力的作用使被移动材料与半导体纳米线探针连接在一起，后随半导体纳米探针移动。
有益效果
该方法简单实现对纳米材料的三维空间操纵，能方便利用纳米材料构建纳米器件，并对纳米器件的性能进行评估，对于设计和构建新型纳米元器件、纳米器件的研究和应用都具有非常重要的意义。
附图说明
图1为制备硫化锌半导体移动纳米探针，其中(a)为移动前，(b)为移动中；
图2为制备的被移动的硫化锌半导体纳米线材料，其中(a)为移动前，(b)为移动中，(c)为移动到指定位置。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
(1)化学合成方法制备硫化锌纳米线。
(2)将移动端硫化锌纳米线粘到(Au)针尖上；用剪刀将0.25-0.35毫米的Au丝的一端削尖，并在Au丝的尖端粘上少量的硫化锌纳米线粉末，将粘有硫化锌纳米线粉末的Au针尖安装在纳米探针套管上。
(3)将被移动硫化锌纳米线粘到Pt针尖上；用剪刀将0.25-0.35毫米的Pt丝的一端削尖，并在Pt丝的尖端粘上少量的硫化锌纳米线粉末，将粘有硫化锌纳米线粉末的Pt针尖安装在STM套管上。
(4)待透射电子显微镜样品室中的真空度达到要求后，插入STM样片杆，开启电子束，观察被散射电子像，并用STM系统控制移动电解。
(5)在观察被散射电子像的同时，在Au针尖上找到一根突出的硫化锌纳米线，用STM移动控制系统移动硫化锌纳米线；使硫化锌纳米线与安装在STM套管上的Pt针尖向连接，在Au针尖和Pt针尖之间加一个5-20V的恒定电压，并通过显示器监控通过它们之间的电流，待硫化锌纳米线和Au针尖之间的形成很好的点接触后(参见图1a)，关闭电压，移动STM使Au针尖上的硫化锌纳米线与Pt针尖分开。形成一根硫化锌纳米线粘在Au电解上的纳米线移动探针(参见图1b)。
(6)在观察被散射电子像的同时，用STM系统移动步骤(5)所制备的硫化锌纳米线探针端，在Au电极和Pt电极针尖移动到Pt上被移动的纳米线附近，在两电极上加1-50V电压，使硫化锌纳米线探针和被移动硫化锌纳米线之间产生静电力(参见图2a)，然后用STM系统移动硫化锌纳米线探针与被移动硫化锌纳米线相接触(参见图2b)，被移动硫化锌纳米线由于静电引力的作用，被移动的硫化锌纳米线将被粘在硫化锌纳米线探针上，利用STM系统移动硫化锌纳米线探针，移动到我们需要的位置，关闭电压，被移动的硫化锌纳米线就被放置在需要的位置上，然后利用STM系统移去硫化锌纳米线探针，实现了硫化锌纳米线的精确移动(参见图2c)。
实施例2
(1)化学合成方法制备硫化锌纳米线和硒化锌纳米线。
(2)将移动端半导体硒化锌纳米线粘到0.25～0.35毫米的Au针尖上，并将Au针尖安装在纳米探针套管上；
(3)将被移动硫化锌纳米线粘到0.25～0.35毫米的Pt针尖上，并将Pt针尖安装在STM套管上；
(4)待透射电子显微镜样品室达到真空后，插入STM样片杆，开启电子束，观察被散射电子像，并用STM系统控制移动电解；
(5)在Au针尖上找到一根突出的纳米线，用STM移动控制系统移动纳米线，将其与Pt针尖相连接，在Au针尖和Pt针尖之间加一个5～20V的恒定电压，关闭电压，移动STM使Au针尖上的纳米线与Pt针尖分开，形成在Au针尖上的纳米线移动探针；
(6)将Au电极和Pt电极针尖移动到Pt上被移动的纳米线附近，在两电极上加1～50V电压，然后用探针与被移动纳米线相接触，关闭电压，用STM系统移动探针，将被移动纳米线移动到需要的位置，最后将探针移去，实现纳米线的精确移动。
实施例3
(1)化学合成方法制备硫化锌纳米线和n型硅半导体纳米线。
(2)将移动端硫化锌纳米线粘到0.25～0.35毫米的Au针尖上，并将Au针尖安装在纳米探针套管上；
(3)将被移动n型硅半导体纳米线粘到0.25～0.35毫米的Pt针尖上，并将Pt针尖安装在STM套管上；
(4)待透射电子显微镜样品室达到真空后，插入STM样片杆，开启电子束，观察被散射电子像，并用STM系统控制移动电解；
(5)在Au针尖上找到一根突出的纳米线，用STM移动控制系统移动纳米线，将其与Pt针尖相连接，在Au针尖和Pt针尖之间加一个5～20V的恒定电压，关闭电压，移动STM使Au针尖上的纳米线与Pt针尖分开，形成在Au针尖上的纳米线移动探针；
(6)将Au电极和Pt电极针尖移动到Pt上被移动的纳米线附近，在两电极上加1～50V电压，然后用探针与被移动纳米线相接触，关闭电压，用STM系统移动探针，将被移动纳米线移动到需要的位置，最后将探针移去，实现纳米线的精确移动。
实施例4
(1)化学合成方法制备硫化锌纳米线和金纳米线。
(2)将移动端硫化锌纳米线粘到0.25～0.35毫米的Au针尖上，并将Au针尖安装在纳米探针套管上；
(3)将被移动金纳米线粘到0.25～0.35毫米的Pt针尖上，并将Pt针尖安装在STM套管上；
(4)待透射电子显微镜样品室达到真空后，插入STM样片杆，开启电子束，观察被散射电子像，并用STM系统控制移动电解；
(5)在Au针尖上找到一根突出的纳米线，用STM移动控制系统移动纳米线，将其与Pt针尖相连接，在Au针尖和Pt针尖之间加一个5～20V的恒定电压，关闭电压，移动STM使Au针尖上的纳米线与Pt针尖分开，形成在Au针尖上的纳米线移动探针；
(6)将Au电极和Pt电极针尖移动到Pt上被移动的纳米线附近，在两电极上加1～50V电压，然后用探针与被移动纳米线相接触，关闭电压，用STM系统移动探针，将被移动纳米线移动到需要的位置，最后将探针移去，实现纳米线的精确移动。

Claims (6)

1.一种采用半导体纳米线作为探针精确移动纳米线的方法，包括：
（1）将移动端纳米线粘到0.25～0.35毫米的Au针尖上，并将Au针尖安装在纳米探针套管上；
（2）将被移动纳米线粘到0.25～0.35毫米的Pt针尖上，并将Pt针尖安装在STM套管上；
（3）待透射电子显微镜样品室达到真空后，插入STM样片杆，开启电子束，观察被散射电子像，并用STM系统控制移动电解；
（4）在Au针尖上找到一根突出的纳米线，用STM移动控制系统移动纳米线，将其与Pt针尖相连接，在Au针尖和Pt针尖之间加一个5～20V的恒定电压，关闭电压，移动STM使Au针尖上的纳米线与Pt针尖分开，形成在Au针尖上的纳米线移动探针；
（5）将Au电极和Pt电极针尖移动到Pt上被移动的纳米线附近，在两电极上加1～50V电压，然后用探针与被移动纳米线相接触，关闭电压，用STM系统移动探针，将被移动纳米线移动到需要的位置，最后将探针移去，实现纳米线的精确移动。
2.根据权利要求1所述的一种采用半导体纳米线作为探针精确移动纳米线的方法，其特征在于：步骤（1）中的所述移动端纳米线为半导体纳米线。
3.根据权利要求2所述的一种采用半导体纳米线作为探针精确移动纳米线的方法，其特征在于：所述半导体纳米线为硫化锌纳米线或硒化锌纳米线。
4.根据权利要求1所述的一种采用半导体纳米线作为探针精确移动纳米线的方法，其特征在于：步骤（2）中的所述被移动纳米线为半导体纳米线或金属纳米线。
5.根据权利要求4所述的一种采用半导体纳米线作为探针精确移动纳米线的方法，其特征在于：所述半导体纳米线为硫化锌纳米线或n型硅半导体纳米线，金属纳米线为金纳米线。
6.根据权利要求1所述的一种采用半导体纳米线作为探针精确移动纳米线的方法，其特征在于：该方法是通过安装在透射电子显微镜中的STM系统来操纵的。
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