一种无掩模纳米图形制作方法及其制作装置制造方法及图纸

一种无掩模纳米图形制作方法，其特征在于：包括下列步骤：　　　　（１）产生亚稳态原子流；　　　　（２）将亚稳态原子流射入真空工作室中，利用真空室中加有偏转电压的平板电极产生偏转电场区，除掉原子流中的电子和正离子，并用带小孔的光阑对原子流进行准直，将发散角很大的原子挡去，余下发散角很小的原子流；　　　　（３）将发散角很小的亚稳态原子流继续入射，并在激光束和反射激光束的重叠区形成的激光驻波场中发生激光淬火过程，形成横向周期分布，亚稳态原子破坏吸附在硅基底表面的ＳＡＭ（自组装单分子）膜；　　　　（４）最后再利用湿法刻蚀技术在硅基底上得到金属纳米图形。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种纳米图形的制作方法及其制作装置，特别是一种无掩模纳米图形制作方法及其制作装置。
技术介绍
现有的制作纳米图形的制作方法及其装置可通过曝光系统完成，曝光系统分辨力的提高虽然可通过增大光刻物镜的数值孔径和缩短曝光波长来实现，然而波长的减小和数值孔径的进一步增大将使焦深和视场范围迅速缩小，影响工艺因子，使高分辨力的优点不能充分利用，面临着必须克服焦深缩短所带来的问题，而且曝光波长越短的光刻系统，设计与制作越困难，成本越高；特别是在制作时需要使用多种高精密仪器，而且必须制作掩模，成本高。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题是克服现有技术的不足，提供一种可以节约大量设备和仪器，不需要掩模和曝光系统的无掩模纳米图形制作方法及其制作装置。本专利技术的技术解决方案是一种无掩模纳米图形制作方法，其特点在于包括下列步骤(1)产生亚稳态原子流；(2)将亚稳态原子流射入真空工作室中，利用真空室中加有偏转电压的平板电极产生偏转电场区，除掉原子流中的电子和正离子，并用带小孔的光阑对原子流进行准直，将发散角很大的原子挡去，余下发散角很小的原子流；(3)将发散角很小的亚稳态原子流继续入射，并在激光束和反射激光束的重叠区形成的激光驻波场中发激光淬火过程，形成横向周期分布，亚稳态原子破坏吸附在硅基底表面的SAM(自组装单分子)膜；(4)最后再利用湿法刻蚀技术在硅基底上得到金属纳米图形。使用上述方法纳米图形制作装置，其特点在于它包括亚稳态原子发生器及与其紧密相连的真空室，真空室内依次放置有平板电极、光阑、激光束、平面反射镜、工件台，激光束垂直射向平面反射镜。亚稳态气体原子由亚稳态原子发生器产生通过漏勺射入真空室，原子流中的电子和正离子在通过偏转电场(由加有偏转电压的平板电极产生)时发生偏转，得到含有基态原子的亚稳态原子束，穿过光阑减小束流发散角；激光束垂直射到平面反射镜上与反射回来的激光束形成与原子流传播方向垂直的激光驻波场，亚稳态原子束在横向光驻波场中产生周期性密度分布沉积在固定在工件台的基底上，破坏了吸附在基底表面的自组装单分子膜，结合湿法刻蚀技术可制作出纳米量级的图形。本专利技术相比于现有技术有以下优点(1)本专利技术通过激光场对亚稳态原子发生器发出的亚稳态原子流进行操纵，原子的密度在横向形成周期分布(相对于原子流的传播方向)，利用亚稳态原子破坏吸附在基底表面的SAM膜，结合湿法刻蚀技术可制作出纳米量级的金属结构，该装置不需要掩模与曝光系统，因此节约了大量设备和仪器，降低了制作纳米图形的成本；(2)本专利技术利用激光场对原子进行操纵，激光驻波场的波节对亚稳态原子来说相当于“虚狭缝”，狭缝的尺寸可以通过改变激光的功率或频率来实现，纳米图形的特征尺寸与该狭缝密切相关，因此实验操作非常简单。(3)由于本专利技术利用的亚稳态原子是中性原子，不象电子束、离子束那样受电荷的影响。其次，原子波是物质波，波长很短(＜0.01nm)，衍射效应很小，理论上可以达到原子尺度大小的特征尺寸。第三，该装置只要选定了一种惰性气体原子，激光器的波长选定(与惰性气体原子从亚稳态到第一激发态跃迁对应的波长相同)以后可用于制作不同材料的纳米结构，故本专利技术可用于纳米图形、纳米材料和纳米级器件的研究和开发。附图说明图1为本专利技术纳米图形制作装置的结构示意图； 图2为本专利技术的纳米图形制作的工艺流程图。具体实施例方式如图1所示，本专利技术的纳米图形制作装置由亚稳态原子发生器1、真空室7构成，放置于真空工作室7外的亚稳态原子发生器1与真空工作室7紧密相连，真空工作室7内依次放置平板电极4、光阑5、激光束6、平面反射镜9和工件台8。激光束6垂直射向平面反射镜9，反射光与入射激光束在重叠区域形成激光驻波场。亚稳态原子发生器1发出的原子流通过漏勺2射入真空室7内，先穿过加有偏转电压3的两平板电极4产生的偏转电场区，除掉其中的电子11和正离子12，得到含有基态原子(对SAM膜不起作用)的亚稳态原子束10，再穿过带小孔的光阑5将发散角很大的原子挡去，余下发散角很小的原子流(可看作平行原子束)沿直线方向继续前进，进入反射光与入射激光束在重叠区域形成的激光驻波场(见图2)。在图2中的亚稳态原子在激光驻波场中发生激光淬火过程，低强度区域(靠近波节处)的原子保持原来的亚稳态，高强度区域的原子由亚稳态变到基态，激光驻波场的波节对亚稳态原子来讲相当于“虚狭缝”，狭缝的宽度可以通过改变激光的功率或频率来控制，亚稳态原子密度在横向(相对于原子流的传播方向)形成周期分布，周期恰为波长的一半，周期分布的亚稳态原子沉积在表面吸附有SAM膜的基底上并破坏基底上的SAM膜(类似于光刻技术中的曝光过程)，SAM膜被破坏区域的金属层可用湿法刻蚀去掉。刻蚀溶液成分KOH(1mol/L)、K2S2O3(0.1mol/L)、K4Fe(CN)6(0.001mol/L)，纳米金属结构的周期为半个光波长，若用两互相垂直的横向激光驻波场对亚稳态原子流进行操纵，可得到金属点阵结构。硅基底的光洁表面依次镀有钛(Ti)、金(Au)，这两层膜镀好后，放在十二烷硫醇(dodecanethiol CH3(CH2)11SH(约0.001mol/L)in ethanol)溶液中浸泡约24小时取出，表面吸附有SAM膜。镀钛层(2～3nm厚)的目的是为了增大镀金时的粘连性，这两层膜可用电子束蒸发技术完成。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无掩模纳米图形制作方法，其特征在于包括下列步骤(1)产生亚稳态原子流；(2)将亚稳态原子流射入真空工作室中，利用真空室中加有偏转电压的平板电极产生偏转电场区，除掉原子流中的电子和正离子，并用带小孔的光阑对原子流进行准直，将发散角很大的原子挡去，余下发散角很小的原子流；(3)将发散角很小的亚稳态原子流继续入射，并在激光束和反射激光束的重叠区形成的...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈献忠，姚汉民，陈旭南，石建平，李展，高洪涛，陈元培，
申请(专利权)人：中国科学院光电技术研究所，
类型：发明
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