[发明专利]利用双材料微悬臂实现连续变化纳米间隙的芯片及制备方法

权利要求书

1.一种利用双材料微悬臂实现连续变化纳米间隙的芯片，其特征在于，该芯片依次包括二氧化硅基底(1)、绝缘层(5)、左侧金薄膜层(3)、右侧金薄膜层(8)，氮化硅薄膜层(6)和纳米间隙(10)；所述二氧化硅基底(1)，用于作为衬底和牺牲层，在其上形成各种薄膜，最后被刻蚀形成凹陷结构；所述左侧金薄膜层(3)和右侧金薄膜层(8)分别位于左侧二氧化硅基底(1)上和右侧氮化硅薄膜层(6)上，分别用于担当两侧的电极；所述绝缘层(5)位于右侧二氧化硅基底(1)上和氮化硅薄膜层(6)下，用于隔离两侧的电极，并使两侧的电极之间形成纳米间隙(10)；所述氮化硅薄膜层(6)位于右侧绝缘层(5)上，与右侧金薄膜层(8)形成右侧双材料微悬臂电极，并响应温度造成纳米间隙(10)大小变化；所述纳米间隙(10)，用于构筑分子结。

2.根据权利要求1所述的利用双材料微悬臂实现连续变化纳米间隙的芯片，其特征在于，所述的纳米间隙(10)可连续微小变化，氮化硅薄膜层(6)与右侧金薄膜层(8)形成双材料电极，可随温度发生形变，其中，氮化硅的热膨胀系数为2.3*10^-6，金的热膨胀系数为14.2*10^-6，可见，金的热膨胀系数大于氮化硅的热膨胀系数，温度变化时，热膨胀系数大的材料膨胀程度大，故微悬臂会向热膨胀系数小的氮化硅薄膜层(6)一方发生弯曲，使得两电极纳米间隙(10)发生微小的连续变化，而且这种变化是可逆的，可以通过升高温度减小间隙，也可以通过降低温度增加间隙。

3.一种权利要求1所述利用双材料微悬臂实现连续变化纳米间隙的芯片的应用，其特征在于，所述芯片处于不同的温度状态时，双材料微悬臂的弯曲程度不同，纳米间隙(10)大小不同，纳米间隙(10)可用于耦合单分子，芯片用作于测量单分子的电学特性的平台。

4.根据权利要求3所述的应用，其特征在于，所述纳米间隙(10)的大小决定了耦合分子的数目，电学特性也会不同，将双材料微悬臂设计为阵列形式，可分析温度场或光场性质。

5.一种权利要求1所述芯片的制备方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

第1、在80-100微米厚度的二氧化硅基底(1)上涂覆一层光刻胶(2)；

第2、经紫外光曝光显影形成刻蚀窗图形，然后用等离子刻蚀法刻蚀，在二氧化硅基底(1)上左侧刻蚀出相对于基底一半的刻蚀窗；

第3、用电子束蒸镀仪同时蒸镀左侧二氧化硅基底(1)上的左侧金薄膜层(3)和右侧光刻胶(2)上的金薄膜层(4)；

第4、揭去光刻胶(2)，其上的金薄膜层(4)会连带地被揭去；

第5、通过原子层沉积形成厚度相当于一个原子尺寸的氧化铝薄膜绝缘层(5)；

第6、在绝缘层(5)上涂覆一层光刻胶(2)；

第7、用电子束刻写的方法刻蚀光刻胶(2)，形成一端窄一端宽的电极形状；

第8、使用低压气相化学沉积或等离子增强化学沉积的方法同时沉积氮化硅薄膜层(6)和氮化硅薄膜层(7)；

第9、用电子束蒸镀仪同时蒸镀右侧金薄膜层(8)和金薄膜层(9)；

第10、揭去光刻胶(2)，其上的金薄膜层(9)和氮化硅薄膜层(7)会连带地被揭去，剩下的右侧金薄膜层(8)和氮化硅薄膜层(6)形成双材料的电极；

第11、缓冲氧化物刻蚀法刻蚀绝缘层(5)，用H₃PO₄缓冲液刻蚀氧化铝薄膜，形成纳米间隙(10)；

第12、缓冲氧化物刻蚀法刻蚀二氧化硅基底(1)，用HF缓冲溶液刻蚀基底，使电极底呈现镂空的状态，形成微悬臂。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述纳米间隙(10)不是由电子束刻蚀电极形状产生，而是通过刻蚀绝缘层(5)产生，原子层沉积形成厚度相当于一个原子尺寸的氧化铝薄膜绝缘层(5)，在后续步骤中被刻蚀，留下原子尺寸的纳米间隙(10)。

7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述电极一端窄，采用缓冲氧化物刻蚀法刻蚀二氧化硅基底(1)时，窄电极下面的二氧化硅可被刻蚀掉，形成悬空的电极。