專利名稱：一種利用錫須生長制備一維納米線的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微電子制造及納米材料制造領(lǐng)域，具體的地說是一種制造一維納米線的方法。
背景技術(shù)：
納米材料泛指是由尺寸在O. I IOOnm之間納米粒子組成的固體材料,包括納米粒子、納米纖維、納米薄膜和納米塊狀固體。納米粒子所具有的特殊結(jié)構(gòu)層次，賦予了它許多特殊的性質(zhì)和功能，如表面效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)、宏觀量子隧道效應(yīng)、介電限域效應(yīng)等，這些特殊的物理性質(zhì)使納米材料呈現(xiàn)出許多奇特的性質(zhì)而表現(xiàn)出某些優(yōu)異的性能，使它在眾多領(lǐng)域，特別是光學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)、生物、陶瓷、化工、醫(yī)學(xué)、催化等方面有著重大的應(yīng)用價值。納米材料按尺度分為零維、一維、二維和三維納米材料。一維納米材料包括納米線、納米管等。目前合成金屬納米線最主要的方法是模板法，模板法能夠很好調(diào)控最終產(chǎn)物的形貌，并很容易得到取向一致的納米材料陣列，但其后處理比較煩瑣。另外還有晶種法，微波、 超聲波輔助還原法、激光輻射法、電化學(xué)沉積法和水熱法等合成金屬納米線，但這些方法都很難控制納米線的直徑和長度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明公開了一種利用錫須生長制備一維納米線的方法，能夠精確控制納米線的直徑和長度，得到均勻的納米細線。一種利用錫須生長制備一維納米線的方法，其特征在于，包括以下步驟(I)在基片表面沉積金屬層；(2)利用光刻顯影和金屬層腐蝕工藝，在基片表面形成多根納米級金屬細線；(3)在基片表面相鄰金屬細線之間旋涂光刻膠；(4)去除金屬細線表面的氧化層；(5)將金屬細線的兩端接電極通電，促進金屬細線表面生長金屬晶須得到一維金屬納米線。進一步地，所述步驟(2)具體為首先在金屬層表面旋涂光刻膠，然后采用納米級條紋狀圖案的掩模板對其進行光刻，再顯影得到多根納米級光刻膠細線，最后腐蝕掉基片表面光刻膠細線以外的金屬層，即得納米級金屬細線。進一步地，所述步驟(3)具體為在基片整個表面旋涂光刻膠，利用光刻顯影工藝去除金屬細線表面的光刻膠。進一步地，所述金屬層為Cd、Sn、Zn、Al或Ag中的任意一種。進一步地，在所述步驟(5)通電前還將基片置于加熱裝置內(nèi)，利用加熱裝置使基片升溫金屬層容易生長晶須的溫度后，再對金屬細線保溫通電。進一步地，所述步驟(5)在通電時將基片置于真空環(huán)境中。
本發(fā)明的技術(shù)效果體現(xiàn)在本發(fā)明主要利用了錫須生長的特性，光刻控制錫須大小和通電加速錫須生長來制備一維金屬納米線。由于生長出來的納米級細線是一維連接， 每個晶粒大小都相同，所以直徑很均勻，這是其他制備一維納米線所無法達到的。通過光刻工藝可以有效控制納米線的直徑。通過通電方式不僅可以促進納米線生長，而且還能有效控制納米線的長度。


圖I為本發(fā)明的裸硅片的示意圖2為本發(fā)明沉積并電鍍加厚金屬層的示意圖3為本發(fā)明第一次光刻顯影后的示意圖4為本發(fā)明腐蝕掉裸露金屬的示意圖；圖5為本發(fā)明第二次光刻后的示意圖6為本發(fā)明通電后得到的一維納米金屬線的示意圖
圖7為本發(fā)明表面金屬細線和兩端焊盤圖形示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作詳細說明。錫須是含錫鍍層表面自發(fā)生長的一種單晶須狀物。在不同溫度下，錫須生長速度不同。實驗表明，在電流密度增大到104A/cm2時將發(fā)生電遷移現(xiàn)象，電遷移現(xiàn)象在陽極附近形的原子積聚增加了錫鍍層的內(nèi)部壓應(yīng)力，加速了錫須生長。實驗發(fā)現(xiàn)，對于Cd、Zn、Al、Ag 等金屬也有這種現(xiàn)象?；谶@一發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明嘗試?yán)秒娺w移加速晶須生長來制備一維納米線。一種利用錫須生長制備一維納米線的方法，包括以下步驟(I)先在基片上沉積薄金屬層，再用電鍍工藝加厚金屬層，如附圖(I)和(2)所示； 基片可采用硅基片、砷化鎵基片或玻璃基片，金屬層為Cd、Sn、Zn、Al或Ag中的任意一種。(2)在金屬層表面旋涂薄光刻膠，利用納米級條紋狀圖案的掩模板進行光刻，再顯影得到多根納米級光刻膠細線(參見圖(3))，最后腐蝕掉基片表面光刻膠細線以外的金屬層，即得納米級金屬細線(參見圖(4));金屬細線的數(shù)量和間距根據(jù)所需制備的納米線數(shù)量決定;(3)在基片表面相鄰金屬細線之間旋涂光刻膠，具體實現(xiàn)方式為在基片整個表面旋涂光刻膠(參見圖(5))，利用光刻顯影工藝去除金屬細線表面的光刻膠，如附圖(6)所示；(4)去除金屬細線表面的氧化層，為金屬須狀物生長掃除障礙，節(jié)省時間，至此完成樣品制作；(5)將金屬細線的兩端接電極通電，促進金屬細線表面生長金屬晶須得到一維金屬納米線，如附圖(7)所示?？紤]到每種金屬晶須生長最快所需的溫度不同，通電前還將基片置于加熱裝置內(nèi)，利用加熱裝置使基片升溫金屬層容易生長晶須的溫度后，再對金屬細線保溫通電。還可在通電時樣品處于真空環(huán)境中，一方面避免金屬氧化，另一方面可以一定程度上減小晶須的直徑。電流密度控制納米線的生長速度。
權(quán)利要求
1.一種利用錫須生長制備一維納米線的方法，其特征在于，包括以下步驟(1)在基片表面沉積金屬層；(2)利用光刻顯影和金屬層腐蝕工藝，在基片表面形成多根納米級金屬細線；(3)在基片表面相鄰金屬細線之間旋涂光刻膠；(4)去除金屬細線表面的氧化層；(5)將金屬細線的兩端接電極通電，促進金屬細線表面生長金屬晶須得到一維金屬納米線。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的利用錫須生長制備一維納米線的方法，其特征在于，所述步驟(2)具體為首先在金屬層表面旋涂光刻膠，然后采用納米級條紋狀圖案的掩模板對其進行光刻，再顯影得到多根納米級光刻膠細線，最后腐蝕掉基片表面光刻膠細線以外的金屬層，即得納米級金屬細線。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的利用錫須生長制備一維納米線的方法，其特征在于，所述步驟(3)具體為在基片整個表面旋涂光刻膠，利用光刻顯影工藝去除金屬細線表面的光刻膠。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的利用錫須生長制備一維納米線的方法，其特征在于，所述金屬層為Cd、Sn、Zn、Al或Ag中的任意一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的利用錫須生長制備一維納米線的方法，其特征在于，在所述步驟(5)通電前還將基片置于加熱裝置內(nèi)，利用加熱裝置使基片升溫金屬層容易生長晶須的溫度后，再對金屬細線保溫通電。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的利用錫須生長制備一維納米線的方法，其特征在于，所述步驟(5)在通電時將基片置于真空環(huán)境中。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種利用錫須生長制備一維納米線的方法，在基片上沉積金屬層，利用光刻工藝形成條紋狀的納米級金屬細線；將金屬細線的兩端接電極，通電，促使金屬層加速生長晶須得到一維納米線。本發(fā)明能夠有效控制納米級細線的直徑大小和長度，生長出來的一維納米線直徑均勻，并直接在基底上生成，有利于三維封裝的連接。
文檔編號C30B29/02GK102605429SQ20121006860
公開日2012年7月25日 申請日期2012年3月15日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月15日
發(fā)明者劉勝, 呂亞平, 呂植成, 張學(xué)斌, 汪學(xué)方, 胡暢, 袁嬌嬌 申請人:華中科技大學(xué)