CN1128247C - 选择性化学镀制备纳米间隙电极的方法 - Google Patents

选择性化学镀制备纳米间隙电极的方法 Download PDF

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Abstract

选择性化学镀制备纳米间隙电极的方法是一种制备纳米级电子器件的方法第一步：通过一般的光刻技术加工出所需的双电极结构的器件，其中电极可为任意金属材料，基底为硅基材料；第二步：通过分子组装技术获得暴露的硅基材料表面的光敏薄层，通过浸涂工艺涂上一层化学镀引发剂层，通过显影工艺将已曝光的自组装光敏层去除，只留下金属材料表面的引发剂层；第三步：在调制引发剂层图形的基础上进行化学镀，获得纳米尺度间隙的双电极结构器件。

Description

选择性化学镀制备纳米间隙电极的方法
本发明是一种用纳米结构的加工技术制造纳米级电子器件的方法，尤其是一种用选择性化学镀制备纳米间隙电极的方法。
纳米技术发展的主要方向之一是基于纳米材料与纳米加工制造技术制作纳米器件，并因此发展其在信息技术方面的应用，以及在生物医学方面的应用。其巨大的潜在优势已逐渐为世人所公认。
在纳米材料的制备、表征技术获得长足发展的同时，纳米加工制造技术也取得了很大的进步。这为构筑纳米器件打下了很好的基础。但相对而言，目前通常的纳米加工还很昂贵，一般技术缺少普及性，存在推广应用方面的障碍；同时，纳米加工技术也存在很大的发展空间，可充分利用一些新材料、以及新原理来发展纳米加工技术。
纳米加工中定义纳米特征图形的方法包括电子束直写、极紫外光刻、X线光刻、聚焦离子束光刻等。比较成熟的方法之一是电子束直写技术。目前国际上报道的最好结果，大都采用光刻可解决工作效率的问题，但由于需要的高亮度X线光源(目前多为同步辐射光源)无法普及，加之掩模制造特殊，套刻也非常困难，因此也限制了使用。聚焦离子束目前的光刻结果也有很好的报道，但由于高能量离子注入容易引起损伤，以及其他影响器件性能等原因，使用也只能局限在一定的范围。当前，极紫外光刻已得到较大发展，但在获得更小尺度的纳米结构加工方面，还需要进一步研究。与此同时，人们还希望寻找到一些其他的方法，代价小一些，工作效率有所提高，包括可能获得更好一些的结果。
本发明的目的就是提供一种在一般光刻电路中的关键结构处结合选择化学镀的方法，达到实现纳米尺度双电极间隙加工目标的选择性化学镀制备纳米间隙电极的方法。
本发明的选择性化学镀制备纳米间隙电极的方法主要分三个步骤：
第一步：起始双电极结构的加工，即通过一般的光刻技术加工出所需的双电极结构的器件，其中电极为任意金属材料，基底为硅基材料；
第二步：在以上加工的双电极结构的表面通过分子组装技术获得暴露的硅基材料表面的光敏薄层，再在整个器件上表面通过浸涂工艺涂上一层化学镀引发剂层，通过显影工艺将已曝光的自组装光敏层去除，只留下金属材料表面的引发剂层；
第三步：在调制引发剂层图形的基础上进行化学镀在原始电极表面沉积上一层金属膜(5)，获得纳米尺度间隙的双电极结构器件。
金属材料为金或银或铜，硅基材料为二氧化硅或氮化硅。化学镀引发剂层为氯化钯。
本发明的优点在于：
1.可较容易地实现具有纳米尺度的双电极结构。
2.方法简单，无需高昂的设备投入而达到纳米加工的目的。
3.制备的方法具有普适性，包括在起始双电极结构上(一般为微米或亚微米间隙)获得许多其它材料的间隙可调的纳米双电极结构。
图1是本发明通过一般的光刻技术加工出所需的双电极结构的示意图，图1a是图1中A-A向剖视结构示意图。
其中有金属材料1、硅基材料2。
图2是本发明在器件表面通过分子组装技术获得曝露的硅基材料表面的光敏薄层(3)的结构示意图。图2a是图1中A-A向的剖视结构示意图。
图3是本发明在器件上表面通过浸涂工艺获得化学镀引发剂层(4)的结构示意图。图3a是图3中A-A向剖视结构示意图。
图4是本发明通过显影工艺将已曝光的自组装光敏薄层去除，仅留下金属表面的引发剂层的结构示意图。图4a是图4中A-A向剖视结构示意图。
图5是本发明在调制引发剂层图形的基础上，进行化学镀所获得的纳米尺度间隙的双电极结构加工结果的示意图。图5a是图5中A-A向剖视结构示意图。
本发明的实施方案如下：
第一步：起始双电极结构的加工，通过电子束制版结合普通紫外光源曝光的光刻技术获得亚微米间隙的金/钛双电极结构，其中基底为硅基材料，如二氧化硅或氮化硅，电极为金属材料如金、银、铜等。
第二步：在以上加工的双电极结构的表面通过分子组装技术获得曝露的硅基材料表面的光敏薄层，其光敏薄层的材料选用具有硅烷官能团的光刻胶，通常选用对紫外线敏感的胶如对(氨乙基氨甲基)苯乙基三甲氧基硅烷，然后再在其上表面用浸涂的方法涂上一层化学镀引发剂层，其选用的材料为氯化亚锡和氯化钯。再通过显影工艺将已曝光的自组装光敏层去除，仅留下金属材料表面的引发剂层。
第三步：在调制引发剂层图形的基础上进行化学镀，其化学镀的方法采用通常化学镀铜、银、金的成熟配方和方法，最后获得纳米尺度间隙的双电极结构器件。
根据以上所述便可实现本发明。

Claims (3)

1.一种选择性化学镀制备纳米间隙电极的方法，其特征在于其制备的方法主要分三个步骤：
第一步：起始双电极结构的加工，即通过一般的光刻技术加工出所需的双电极结构的器件，其中电极为任意金属材料(1)，基底为硅基材料(2)；
第二步：在以上加工的双电极结构的表面通过分子组装技术获得暴露的硅基材料表面的光敏薄层(3)，再在整个器件上表面通过浸涂工艺涂上一层化学镀引发剂层(4)，通过显影工艺将已曝光的自组装光敏层去除，只留下金属材料(1)表面的引发剂层(4)；
第三步：在调制引发剂层图形的基础上进行化学镀在原始电极表面沉积上一层金属膜(5)，获得纳米尺度间隙的双电极结构器件。
2.根据权利要求1所述的选择性化学镀制备纳米间隙电极的方法，其特征在于金属材料(1)为金或银或铜，硅基材料(2)为二氧化硅或氮化硅。
3.根据权利要求1或2所述的选择性化学镀制备纳米间隙电极的方法，其特征在于化学镀引发剂层为氯化钯。
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