一种小尺寸银纳米颗粒的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种小尺寸银纳米颗粒的制备方法，包括:衬底预备;光刻形成惰性电极图形;电子束蒸发惰性电极金属;剥离形成惰性电极;套刻形成活性电极图形;电子束蒸发活性电极金属;剥离形成两端电极平面器件;以及在电场激励下形成银金属纳米颗粒。利用本发明专利技术，通过电化学反应的方法，调整电场激励过程中的电流值，可以获得不同尺寸的金属纳米颗粒，并且在不同的衬底材料上金属纳米颗粒的分布也不同，既可以获得链状排布的金属纳米颗粒又可以获得面分布的金属颗粒，实现极小尺寸金属纳米颗粒，流程简单，可控性较强，所形成的金属纳米颗粒不受化学试剂的污染与影响。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了，包括:衬底预备;光刻形成惰性电极图形;电子束蒸发惰性电极金属;剥离形成惰性电极;套刻形成活性电极图形;电子束蒸发活性电极金属;剥离形成两端电极平面器件;以及在电场激励下形成银金属纳米颗粒。利用本专利技术，通过电化学反应的方法，调整电场激励过程中的电流值，可以获得不同尺寸的金属纳米颗粒，并且在不同的衬底材料上金属纳米颗粒的分布也不同，既可以获得链状排布的金属纳米颗粒又可以获得面分布的金属颗粒，实现极小尺寸金属纳米颗粒，流程简单，可控性较强，所形成的金属纳米颗粒不受化学试剂的污染与影响。【专利说明】
本专利技术涉及纳米电子器件及纳米加工
，尤其涉及。
技术介绍
近年来，随着现代信息技术及半导体产业的不断发展，器件尺寸大幅度缩小，是否能制备出微型化和高度集成的器件成为关键。一维金属纳米颗粒链被认为是一种重要的光波导纳米结构，可以在纳米尺度上调控光子，以此来实现超光的衍射极限的光传输，不仅如此，小尺寸金属纳米颗粒在诸多功能器件中都有重要作用，如纳米晶存储器以及多种材料的金属纳米颗粒掺杂等。金属纳米颗粒因为其独特的纳米尺度特性，可以用来研究小尺寸下的电荷传输特性及纳米超导。目前来说，金属纳米颗粒的制备主要有直接蒸发法、金属薄膜快速退火法以及化学反应方法等。蒸发法一般采用电子束蒸发设备，将金属的块体材料高温蒸发至衬底材料上。通常需要在蒸发金属之前通过光刻形成纳米颗粒图形，但是目前的光刻技术在10纳米以下就显得比较困难，并且此种方法流程复杂且成本较高。在蒸发速率较低或者时间较短的情况下，也可以直接在沉底材料上形成金属纳米颗粒，不过这种方法形成的金属纳米颗粒大小相差较大并且不容易控制。另外，通过在衬底材料上生长一层金属薄膜，借助快速热退火的办法可以获得金属纳米颗粒，这种办法随机性较大，同样比较难控制。利用化学溶液反应的方法获取金属纳米颗粒其工艺流程就更复杂且衬底材料易受化学试剂影响。
技术实现思路
(一 )要解决的技术问题有鉴于此，本专利技术的主要目的提供，以解决目前制备金属纳米颗粒流程复杂、不可控、成本高等一系列问题。( 二 )技术方案为达到上述目的，本专利技术提供了，包括:衬底预备；光刻形成惰性电极图形；电子束蒸发惰性电极金属；剥离形成惰性电极；套刻形成活性电极图形；电子束蒸发活性电极金属；剥离形成两端电极平面器件；以及在电场激励下形成银金属纳米颗粒。上述方案中，在所述衬底预备的步骤中，所述衬底为已经于硅片表面长好介质层的衬底，其中介质层是氧化硅、氧化铪、氧化铝或氧化锆，生长方式为高温热氧化、原子层沉积或直接溅射或反应溅射。在所述衬底预备的步骤中，所述衬底在淀积衬底介质层之前，硅片需要进行清洗，具体清洗过程为:将硅片在硫酸(H2SO4)和双氧水(H2O2)的溶液中(两者体积比例为7:3)煮30分钟，温度为400摄氏度，去除有机物和金属杂质，然后放入氢氟酸(HF)和去离子水(DIW)中漂洗，最后用去离子水(DIW)冲洗。上述方案中，在所述光刻形成惰性电极图形的步骤中，是在衬底表面旋涂光刻胶，光刻胶采用9920，旋涂厚度为1.2 μ蟑m，然后在85°C热板烘烤4.5分钟，采用掩膜曝光，图形为100μ蜂mX5mm的长方形阵列，曝光时间3.5秒,然后在显影溶液里浸泡40秒,形成惰性电极图形。上述方案中，在所述电子束蒸发惰性电极金属的步骤中，是在形成惰性电极图形的硅片上电子束蒸发惰性金属钼金(Pt)，厚度为80纳米。上述方案中，在所述剥离形成惰性电极的步骤中，是采用丙酮+乙醇作为剥离试齐U，先在丙酮中浸泡5分钟，有光刻胶的地方与丙酮发生反应被溶解，连同光刻胶上的金属钼金(Pt) —起被剥离掉，待金属钼金(Pt)脱离后分别用乙醇和去离子水浸洗，形成惰性电极Pt。上述方案中，在所述套刻形成活性电极图形的步骤中，是再次旋涂光刻胶9920，并将掩膜改为IOy蟑πιΧ4μ蟑m的长方形陈列，并与光刻形成惰性电极图形的步骤中掩膜具有同一套对准标记，使得此次曝光形成的长方形陈列与光刻形成惰性电极图形的步骤中的长方形陈列之间存在一个距离在2 μ蟑m至200nm的缝隙，其余光刻条件均与光刻形成惰性电极图形的步骤相同，套刻形成活性电极图形。上述方案中，在所述电子束蒸发活性电极金属的步骤中，是电子束蒸发活性电极金属银(Ag)，厚度为80纳米。上述方案中，在所述剥离形成两端电极平面器件的步骤中，是采用丙酮+乙醇作为剥离试剂，先在丙酮中浸泡10分钟左右，待光刻胶完全溶于丙酮，连同其上的金属银(Ag)也被剥离后，分别在乙醇和去离子水中浸洗，形成活性电极Ag，进而得到两端电极平面器件。上述方案中，在所述在电场激励下形成银金属纳米颗粒的步骤中，是采用半导体测试仪器对制备好的两端电极平面器件进行电学处理，在活性电极Ag上加正电压，惰性电极Pt端接地，控制电压扫描的幅度和限制电流的大小获得不同形貌和尺寸的银金属纳米颗粒。(三)有益效果从上述技术方案可以看出，本专利技术有以下有益效果:1、利用本专利技术，通过先制备两端电极平面器件，之后将两端电极平面器件在电场激励下形成金属纳米颗粒，通过这种电化学反应的方法，调整电场激励过程中的电流值(限制电流)，可以获得不同尺寸的金属纳米颗粒，并且在不同的衬底材料上金属纳米颗粒的分布也不同，既可以获得链状排布的金属纳米颗粒又可以获得面分布的金属颗粒。这种办法可以实现极小尺寸金属纳米颗粒，流程简单，可控性较强，所形成的金属纳米颗粒不受化学试剂的污染与影响。2、利用本专利技术，可以获得几纳米到几百纳米粒径的金属颗粒。通过电场下的电化学反应形成，具有较好的晶粒特性和可控性，对于小尺寸金属纳米颗粒的相关研究和应用有现实意义。【专利附图】【附图说明】图1是本专利技术提供的制备小尺寸银纳米颗粒的方法流程图。图2为在不同衬底材料上制备的银纳米颗粒的电镜照片。【具体实施方式】为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术进一步详细说明。如图1所示，图1是本专利技术提供的制备小尺寸银纳米颗粒的方法流程图，该方法是利用电化学反应方法来制备银金属纳米颗粒，具体包括:步骤1:衬底预备；所述衬底为已经于硅片表面长好介质层的衬底，介质层可以是氧化硅、氧化铪、氧化铝、氧化锆等固态电解质材料，生长方式可以有高温热氧化、原子层沉积、直接溅射或反应溅射等。本专利技术所用的衬底为已经形成衬底介质层的2英寸硅片，在淀积衬底介质层之前，硅片是要进行严格的清洗过程，具体为:2英寸硅片在硫酸(H2SO4)和双氧水(H2O2)的溶液中(两者比例为7:3)煮30分钟，温度为400摄氏度，去除有机物和金属杂质，然后放入氢氟酸(HF)和去离子水(DIW)中漂洗，最后用去离子水(DIW)冲洗。步骤2:光刻形成惰性电极图形；在步骤I中准备好的衬底的表面旋涂光刻胶，光刻胶采用9920，旋涂厚度为1.2口111,然后在851€热板烘烤4.5分钟,采用掩膜曝光，图形为100 μ蜂mX 5mm的长方形陈列，曝光时间3.5秒，然后在显影溶液里浸泡40秒，形成惰性电极图形。步骤3:电子束蒸发惰性电极金属；在形成惰性电极图形的硅片上电子束蒸发惰性金属钼金(Pt)，厚度为80纳米。 步骤4:剥离形成惰性电极；米用丙酮+乙醇作为剥离试剂，先在丙本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种小尺寸银纳米颗粒的制备方法，其特征在于，包括:衬底预备;光刻形成惰性电极图形;电子束蒸发惰性电极金属;剥离形成惰性电极;套刻形成活性电极图形;电子束蒸发活性电极金属;剥离形成两端电极平面器件;以及在电场激励下形成银金属纳米颗粒。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：孙海涛，杨洪璋，路程，刘琦，吕杭炳，龙世兵，谢常青，刘明，
申请(专利权)人：中国科学院微电子研究所，
类型：发明
国别省市：