[发明专利]矢量式AFM纳米加工系统的纳米压印模版的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种纳米制造和纳米光电子器件等领域的方法，具体涉及一种基于矢量式 AFM纳米加工系统的纳米压印模版的制备方法，即在矢量式AFM(原子力显微镜)纳米加工 系统下，利用电场诱导阳极氧化加工方法结合高选择性各向异性湿法刻蚀技术进行纳米压印模 版的制备。

背景技术

自八十年代以来，以扫描隧道显微镜(STM)为代表的扫描探针显微镜(SPM)得到迅速发展， 其特点是分辨力高、可在真空、大气和液体环境下工作，因此在纳米技术领域得到了广泛应用。 三十年来，SPM已经发展成一个强有力的表面分析工具，大大扩展了表面信息研究的空间， 对纳米科学的发展起着重要的推动作用。在将SPM作为观测仪器的同时，研究者也发现了它 对样品表面的加工能力，扫描探针加工技术也就在此基础上应运产生。扫描探针纳米加工技术， 作为扫描探针成像的延伸，是一项二十年来才发展起来的新技术。由于扫描探针加工技术能够 有效地实现单原子、分子操纵和纳米级图形结构的刻蚀，因而得到了广泛的关注。

基于原子力显微镜(AFM)针尖的纳米结构制备技术是国际上研究十分活跃的研究课题，也 是迄今为止最为简单的一种纳米加工技术。其中，利用AFM的电场诱导氧化加工具有最高的 加工精度、最小的加工尺度、宽松的加工环境、加工与测量的实时集成、良好的可控性好与稳 定性、低廉的成本、生成氧化物的绝缘性和抗刻蚀性与微电子工艺相兼容等优点，因此被普遍 认为是一种非常有发展前途的纳米加工技术。

基于SPM的微纳结构的加工有两种实现方式：光栅式扫描加工与矢量式扫描加工。光栅 式扫描加工即点阵加工方式，其工作原理类似于点针式打印机的工作原理。SPM以这种方式 实现加工时，探针在表面的扫描方式与扫描成像的工作方式相同，即在表面的正方形区域内进 行逐行扫描。在进行加工之前，首先必须对所需加工的图形结构进行编码，即将正方形扫描区 域初始化为一位图(即BMP文件)，图形结构则由一系列点组成。在初始状态下，SPM设置 成正常的成像模式，扫描参数的设置应该能够实现样品表面形貌的获取，并尽量减少探针对样 品表面的刻蚀作用。探针在进行逐行扫描的过程中，SPM系统依据探针的扫描位置和图形点 阵编码来调整探针与样品的作用参数(电场或相互作用力)，这样在样品表面一定位置上将产 生点状结构，这些点状结构将共同构成连续的图形。与矢量式加工相比，该模式更利于实现复 杂图形的加工。

矢量式扫描加工与绘图仪的工作原理类似。SPM以这种方式实现加工时，不需要在样品表 面进行探针的逐行扫描，但要求依据加工的图形结构制定出探针的移动路径和相应的加工参 数。在矢量加工过程中，需要对图形结构进行矢量化，其结果是保证了结构的连续性，并且在 加工过程中，探针与样品之间相互作用的反馈环需要被一直保持，以控制探针与样品的相互位 置，避免探针在移动过程中与样品表面的剧烈碰撞。

与点阵式加工相比不同的是：矢量式加工的时间与所加工结构的尺寸大小、复杂程度和探 针移动速度等多个因素相关。在图形结构较简单的情况下，矢量式加工的优势将体现得更为明 显。由于DI公司所提供的Nanoscript函数能够实现探针的移动和空闲通道信号的触发，信号 接入模块(SAM)则能够提供扫描线的同步信号，这就使两种加工方式都有实现的可能性。与光 栅扫描式加工相比，矢量式加工具有的最大优势是可灵活地实现纳米级结构的加工与修补，所 加工纳米结构的高度也容易得到控制。这主要是由于加工步骤容易进行拆分。另外，矢量式加 工方式也便于实现对加工过程中信号的监测。在加工简单图形时，矢量加工方式的优点将表现 得更加明显。

国际上微电子、光电子、纳米电子及纳米光电子研究领域普遍认为纳米压印技术是最有希 望的下一代纳米加工技术。利用纳米压印技术开发纳米结构信息存储器、纳米结构生物传感器 和纳米结构亚波长光学器件经济效益是明显的，就纳米结构亚波长光学器件一项，在光通信器 件领域就有数亿市场空间。由于纳米压印技术是最有希望的下一代纳米加工技术，因此对于提 高我国未来微电子、光电子、纳米电子及纳米光电子的战略竞争力是十分明显的。然而，目前 纳米压印工艺的灵魂-模版的制备技术，严重制约了纳米压印技术的发展。因此研究有效的纳 米压印模版制备技术迫在眉睫。

发明内容