当前位置: 首页 > 专利查询>西北大学专利>正文

利用扫描探针显微镜针尖的方法及其产品或产品的制作方法技术

技术编号:1406033 阅读:213 留言:0更新日期:2012-04-11 18:40
一种具有涂复了疏水化合物的针尖的原子力显微镜(AFM),其被称为“蘸水笔”纳米蚀刻(DPN),用于将分子从原子力显微镜针尖(AFM)传送到金基质(AU),以在该金基质(AU)上书写图形。(*该技术在2020年保护过期,可自由使用*)

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及微米级和毫微米级的加工方法,本专利技术还涉及实施原子力显微镜成像的方法。蘸水笔技术约有4000年历史,它是使尖锐物体上的墨水通过毛细管作用传送到纸的基质上。参见Ewing,The Fountain PenA Collector’sCompanion(Running Press Book Publishers,Philadelphia,1997)。大范围传输分子在历史上已被广泛使用。本专利技术把量测和传输机理这两个不同的概念结合,创造了“蘸水笔”纳米蚀刻(nanolithography)技术(DPN)。DPN利用一个扫描探针显微镜(SPM)的针尖(例如原子力显微镜(AFM)针尖)作为“笔尖”或“笔”,一种固体基质(例如金)作为“纸”,以及对固体基质具有化学亲和力的分子作为“墨水”。分子从针头到固体基质的毛细管传输作用被用于DPN中以直接书写由所收集的、亚微米尺寸的有关分子组成的图形。DPN不仅仅是蚀刻方法,它能把分子以正片印刷模式直接传送到所要求的基质上。例如,使用弹性体印记的微接触印刷能直接把含硫醇功能团分子的图形直接沉积在金基质上。参见Xia等,Angew.Chem.Int.Ed.Engl.,37550(1998);Kim等,Nature,376581(1995);Xia等,Science,273347(1996);Yan等,J.Am.Chem.Soc.,1206179(1998);Kumar等,J.Am.Chem.Soc.,1149188(1992).该方法是一个与DPN类似的技术,能一步沉积整个图形或一系列图形到所要求的基质上。它优于系列技术如DPN,此外还在一个具体的纳米结构内,设法把不同的分子选择性地放到指定位置。在这中间,DPN使微接触印刷以及许多现有其它微米级和毫微米级加工方法得到了补充。也有各种负片印刷技术,它们依赖于扫描探针仪器、电子束或分子束用自装配单层和作为阻抗层的其他有机物质在基质上作图(即为后续工艺或吸收步骤而除去物质)。参见Bottomley,Anal.Chem.,70425R(1998);Nyffenegger等,Chem,rev.,971195(1997);Berggren等,Science,2691255(1995);Sondag-Huethorst等,Appl.Phys.Lett.,64285(1994);Schoer等,Langmuir,132323(1997);Xu等,Langmuir,13127(1997);Perkins等,Appl.Phys.Lett.,68550(1996);Carr等,J.Vac.Sci.Technol.A,151446(1997);Lercel等,Appl.Phys.Lett.,681504(1996);Sugimura等,J.Vac.Sci.Technol.A,141223(1996);Komeda等,J.Vac.Sci.Technol.A,161680(1998);Muller等,J.Vac.Sci.Technol.B,132846(1995);Kim等,Science,257375(1992)。然而,DPN能以纳米蚀刻方式输送小量的有关分子物质到一种基质,而不依赖阻抗、印记、复杂的加工方法或高级的非商业化的仪器。自专利技术以来,困扰AFM的一个问题是AFM针尖和样品之间形成的很窄的毛细管,当实验在空气中进行时,在室温下凝结的水会影响成像,尤其是想要完成纳米级甚至埃级分辨时。参见Xu等,J.Phys.Chem.B,102540(1998);Binggeli等,Appl.Phys.Lett.,65415(1994);Fujihira等,Chem.Lett.,499(1999);Piner等,Langmuir,136864(1997)。文献表明这是一个动力学问题,根据相对湿度和基质的润湿性质,水将从基质被传送到针尖,或从针尖到基质。在后一种情况下,亚稳的纳米长度图形能从AFM针尖沉积的很薄的水层形成(Piner等,Langmuir,136864(1997))。本专利技术显示,被传输的分子把自己固定到基质上时,稳定的表面结构就形成了,从而产生一种新的纳米蚀刻技术DPN。本专利技术也克服了在操作AFM时由水的凝结引起的问题。特别是发现AFM针尖在使用前被涂上了疏水化合物后,其分辨显著改善。本专利技术还提供了在空气中实施AFM成像的方法。该方法包含以疏水化合物涂复AFM针尖。然后,以涂复过的针尖在空气中使用AFM成像。选用疏水化合物涂复AFM针尖所形成的图象比用未涂复的针尖所形成的图象有明显改善。最后,本专利技术还提供以疏水化合物涂复的AFM针尖。图2A为ODT通过DPN沉积在金基质1×1μm面积上的侧面力图象。这个图象是在扫描速度为1Hz和10分钟扫描周期以及相对湿度为39%时,扫描1μm2面积得到的。然后扫描尺寸增加到3μm,扫描速度增加到4Hz记录图象。快的扫描速度可防止ODT传输。图2B为ODT自装配单层(SAM)通过DPN沉积在金(III)/云母基质上的点阵侧面力图象。图象用快速福里哀变换(FFT)过滤,原始数据的FFT插在图的右下方。单层是在39%相对湿度和扫描速度为9Hz时,通过5次扫描金(III)/云母基质1000平方埃面积得到的。图2C为通过DPN得到的沉积在金/云母基质上30nm宽线(3μm长)的侧面力图象。该线是通过在垂直线上以1Hz扫描速度重复扫描尖尖5分钟得到的。图2D为通过DPN沉积在金基质上的100nm线的侧面力图象。沉积这条线的方法类似于图2C的图象的方法,但书写时间是1.5分。注意在图2A-2D中,较暗的面积与较低摩擦的面积相当。图3A为一个涂有ODT的AFM针尖在接触了基质约2、4和16分钟后(从左到右),金基质的侧面力图象。相对湿度恒定在45%,而且图象在4Hz的扫描速度下记录。图3B为16-巯基十六酸(MHDA)点在金基质上的侧面力图象。为得到这些点,涂有MHDA的AFM针尖保持在金基质上约10、20和40秒(从左到右)。相对湿度为35%。注意MHDA和ODT的传输性质是完全不同的。图3C为由DPN得到的点的排列侧面力图象。每个点都是通过使涂有ODT的针尖在表面保持20秒得到的。书写和记录的条件与图3A相同。图3D为分子基栅格的侧面力图象。每条线为100nm宽和2μm长,书写需要1.5分钟。图4A-B为在AFM针尖涂复1-十二胺之前(图4A)和涂复1-十二胺之后(图4B)侧面力检测器输出示波仪记录。记录时间跨越4条扫描线。因为左右扫描信号都被记录,方波的高度直接正比于摩擦。为清楚起见,Y轴零点被移动了。图5A-B为表示用未改性的AFM针尖(图5A)和以1-十二胺涂复的针尖(图5B)时,水被传输到玻璃基质(暗面积)的侧面力图象。高度标为任意单位。图6A为以1-十二胺表面涂复的针尖的云母的点阵侧面力图象。2D福里哀变换插在其中。图6B为一个11-巯基-1-十一醇的自装配单层的点阵侧面力图象。该图象已进行过福里哀变换过滤(FFT),而且原始数据的FFT已表示在右下方。标尺是任意的。图6C为在30%相对湿度时水凝结在云母上的地形图,高度标是5埃。图6D为在30%相对湿度时水凝结在云母上的侧面力图象(位置本文档来自技高网...

【技术保护点】
一个纳米蚀刻方法,其包含: 提供一个基质; 提供一个扫描探针显微镜针尖; 以图形化合物涂复针尖;以及 使涂复的针尖与基质接触,化合物被传送到基质上得到一个所希望的图形。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员:查德A米尔金理查德皮纳升瀚洪
申请(专利权)人:西北大学
类型:发明
国别省市:US[美国]

网友询问留言 已有0条评论
  • 还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。

1