[发明专利]纳米线制备方法

说明书

本发明提供一种纳米线制备方法，包括以下步骤：在块状材料上沉积长条状的第一保护层(S1)，用聚焦离子束在块状材料上刻蚀出楔形槽，形成待加工薄片(S2)，用聚焦离子束对待加工薄片进行刻蚀加工，形成减薄薄片(S3)，在减薄薄片彼此相对的两个面上沉积第二保护层(S4)，将沉积了第二保护层的减薄薄片转移到基片上(S5)，用聚焦离子束对基片上的减薄薄片进行刻蚀加工，形成纳米线(S6)。由于聚焦离子束刻蚀是物理方法，本发明的制备方法适用于任何材料，能制备出高长度直径比例的纳米线。

技术领域

本发明涉及纳米线制备领域，具体涉及纳米材料学材料的制备技术。

背景技术

随着半导体工业化程度的不断提高，集成程度更高的电子器件成为当今信息技术所追求的核心目标，这就对材料的小型化提出了更高的要求，低维材料顺理成章成为半导体光电子器件的发展重点。

低维材料具有巨大的表面积体积比，在纳米级别的尺度下，大量处于表面的具有很高活性的原子就会使材料表现出与宏观大不相同的物理化学性质；另外，当材料尺寸小到一定程度时，粒子的费米能级附近的能级发生分裂，变为离散态，从而光学、电学、热学、磁学等性质发生显著变化。这些效应在纳米电子器件、光电子器件、电化学、电通信、机电、传感器、探测器等领域有广泛研究和应用。

纳米线是典型的一维纳米材料，具备上述的种种物理效应，另外还具有独特的各向异性，可以极大程度上提升电子在轴向上的传输速度，因而广泛应用于各种光电元件以及电子学器件。

目前纳米线的获得通常的方法包括水热法，溶剂热法，分子束外延法，化学气相沉积法等。这些方法可以获得高纯度、质量上乘的纳米线，但是这些材料生长方法并非适用于所有材料，有些材料无法利用前述的生长方法来得到纳米线。然而对于发展迅速的纳米材料学研究领域，研究各种不同材料受限体系下的特性成为迫切需要。

发明内容

目前纳米线的获得通常采用水热法，溶剂热法等化学生长方法来获得。利用这些化学生长方法来制备纳米线等纳米材料，需要具备丰富的经验，充分的条件摸索，这个过程耗时，耗力。而且，化学方法生长纳米线等纳米材料的方法并非普适于所有材料，有不少材料的纳米材料都不能由化学合成方法来得到。这限制了纳米材料学广泛的研究。

本发明的发明人致力于开发一种纳米线制备方法，不同于化学制备材料的方法，该方法属于物理制备，适用材料种类广泛。为此，本专利提出一种采用聚焦离子束刻蚀技术，纯物理方法制备纳米线的工艺，该工艺适用于几乎所有材料的纳米线制备。

聚焦离子束刻蚀技术是一种精确度可以到纳米量级的刻蚀技术，它广泛应用于透射电镜样品的制备、周期性微纳米结构的制备、材料的三维重构、微结构装置的制备等各个领域。从聚焦离子束刻蚀技术的特点上看，是可以完成纳米结构加工的，目前也有许多纳米材料加工的先例，但是对于加工具有一定长度的纳米线，却有困难。

从块材到纳米线，也就是从三维到一维，其中需先经过二维也就是薄膜的制备。二维材料薄膜的制备类似于透射电镜样品制备，已经是非常成熟的工艺。从二维薄膜到一维纳米线的刻蚀阶段，如果纳米线的长度与直径的比例超过100，在刻蚀到较细时材料缺少支撑，容易变形、扭曲，最终还没有刻蚀到目标尺寸时就不能再进行下去了。

本发明是为了解决上述技术问题而做出的，其提供一种纳米线制备方法，用物理方法能够制备高长度直径比例，例如长度与直径的比例达到或超过100的纳米线。

解决技术问题的技术手段