專利名稱：納米線的顯微結構與電學性能測試裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種納米線的顯微結構與電學性能測試裝置，更具體的是通電狀
態下原位實時動態的納米線顯微結構與電學性能相關性的測量裝置。
技術背景 透射電子顯微鏡、掃描電子顯微鏡和光學顯微鏡在納米科學和技術領域中發揮重 要的作用，是研究材料結構與物性最為有力的工具。應用納米線可以制作更小尺度的微納 電子器件，而納米線作為各種器件的基本結構單元，承載著信息的傳輸、存儲等重要功能。 在外場的作用下，研究納米線顯微結構的變化和尺寸效應對器件單元內納米線電荷輸運能 力等性能的影響，這對器件的效率、靈敏度、使用壽命、存儲單元的密度等實際應用具有非 常重要的意義。而目前，現有的測試裝置只能應用在掃描電鏡和光鏡中對納米線進行電學 性能的測試，得不到納米線顯微結構變化的信息。對于能通過光刻制作出來的納米線，由于 技術和材料制作方法的限制，不能做到尺度更小和質量完美，而對于用任何物理化學生物 等方法生長出來的納米線，不能通過光刻技術來完成
實用新型內容
針對現有技術存在的問題，本實用新型的目的是提供一種通電狀態下原位測量納
米線顯微結構與電學性能相關性的裝置，適用于透射電子顯微鏡、掃描電子顯微鏡和光學
顯微鏡，且適用于用任意材料、方法制作的納米線。先制作承載納米線的裝置，在裝置上制
作金屬電極，再將納米線轉移到本裝置上，將納米線固定，連接在金屬電極之間，在透射電
鏡樣品桿中對本裝置通電，測量納米線的顯微結構與電學輸運性能，實時記錄納米線微結
構與電學性能的變化。借助外界的成像系統原位記錄納米線的變化過程，從原子尺度上揭
示納米線的微觀結構變化與電學輸運性能的相關性。本裝置適用于隨機分布的納米線的顯
微結構觀察與電學性能測試，而且對于不同納米線電學信號的測試，使用不同的金屬材料
作為金屬連接線，能達到反映納米線本征電學性能的要求。 為了實現上面的目的，是通過如下的技術方案來實現的 通電狀態下研究納米線顯微結構變化的裝置，其特征在于在襯底2的上方是非 晶層3，下方是阻擋層l，阻擋層和襯底的中間部分被刻蝕掉形成窗口 4，在非晶層上是金屬 電極5，金屬電極之間是納米線6，納米線和金屬電極之間由金屬連接線7連接，納米線位于 非晶層上對著在窗口 4的正上方，金屬電極上引出導線8。 進一步地，所述的非晶層是可以讓電子束穿透的薄膜，薄膜的厚度在30nm-300nm 之間，阻擋層是阻擋腐蝕窗口 4以外的襯底的薄膜，薄膜的厚度在30nm-300nm之間。 制備上述通電狀態下研究納米線顯微結構變化的裝置的方法，包括以下步驟 1.在襯底2上方制備非晶層3，下方制備阻擋層l，腐蝕完阻擋層和襯底的中間部 分之后形成最終的窗口。 進一步地，所述的腐蝕分為兩步，一步是涂膠、光刻、腐蝕掉阻擋層，腐蝕液只腐蝕阻擋層，形成用于腐蝕襯底的窗口 ，另一步是腐蝕穿透襯底，腐蝕液只腐蝕襯底，形成最終 的窗口。 2.所述的金屬電極導電性能良好，通過光刻等方法制作在非晶層上，連接納米線 和金屬電極的金屬連接線為導電性能良好的材料，位于納米線與金屬電極的上方，通過聚 焦離子束沉積等方法制作。 3.在金屬電極之間制備納米線，將納米線和電極用金屬連接線連接。 所述的納米線為使用物理化學生物等多種方法制備，納米線能被探測到電學信
號，而且能在透射電子顯微鏡中原位地獲得原子尺度的高分辨信息，納米線的長度可以任
意選取，排列方式可以為任意方向的排列。 4.將金屬電極用導線引出，連接到外部的測試儀器上，置入透射電鏡、掃描電鏡或 光鏡中。
本實用新型具有如下優點 1.本實用新型對透射電鏡中承載納米線的裝置進行了獨特的結構設計，實現在透 射電鏡中原位地對納米線加電，從最佳的晶帶軸觀測高分辨圖像，實現X， Y兩個方向最大 角度的傾轉，提供了一種納米線原位電性能測試方法，具有性能可靠，安裝方便，結構簡單 的特點。 2.本實用新型應用于納米納米線的電學性能研究，應用范圍廣，研究對象豐富。對 于任何納米線，均能通過此種方法對其進行電性能的原位觀察監控。
圖l納米線器件主視圖 圖2圖1的仰視圖 圖3圖1的俯視圖 圖4實施例的電壓電流曲線 1、阻擋層；2、襯底；3、非晶層；4、刻蝕的窗口 ；5、金屬電極；6、納米線；7、金屬連
接線；8、導線具體實施方式
本實用新型通過對裝置通電，對納米線進行原位通電測試，通過如下步驟實施 具體的，承載納米線的裝置從下到上依次為使用Si02作為阻擋層l，硅片作為襯 底2， SiN作為非晶層3，在非晶層3上使用的是金作為金屬電極5， Si02阻擋層和硅片被刻 蝕形成的是窗口 4，金電極之間使用SiC納米線6， SiC納米線在窗口 4的正上方，納米線6 和金屬電極5之間用金屬連接線7連接、固定，使用的是鉑金屬材料作為金屬連接線7。 制作和測試的方法具體為通過PECVD (等離子體化學氣相沉積法)的方法生長 Si02薄膜，厚度為0. 5 ii m ;硅片厚度為200 y m，直徑為2英寸，電阻率為5 Q . cm，經過雙面 拋光，晶向為〈100〉；通過PECVD的方法生長SiN薄膜，厚度為0. 1 ii m。 制作兩片2. 5英寸光刻掩膜板，在硅片的下方涂膠，光刻形成用于刻蝕的窗口 ，用 稀HF溶液腐蝕掉窗口內的Si02，去膠。放入EDP腐蝕液中，溶液的溫度控制在80-10(TC， 經過3個多小時的刻蝕，拿出樣品并在丙酮內清洗三次以上。再在SiN的上方涂膠，光刻形成上方的電極圖案，在其上鍍一層金電極，去膠。將生長好的SiC納米線分散于丙酮溶液 中，用滴管吸取少量的SiC納米線，滴在金電極區域，找到在SiN薄膜上的SiC納米線，用 FIB(聚焦離子束沉積)的方法將SiC納米線和金電極用鉑金屬連接。 將做好的硅片切割成2. 15*2. 15mm的方塊微柵，在光鏡下用壓焊機將金電極用金 絲線引出，再將金絲線焊接在帶有通電功能的透射電鏡樣品桿上。對裝置進行原位通電，通 過高分辨原位成像系統記錄整個變化過程，在通電狀態下測量得到納米線的電學輸運性能 與顯微結構的相關性。 實驗結果在透射電子顯微鏡中加載電壓，電壓加載的范圍在-0. 1-0. IV的區間， 測量了一根長度在1 P m左右的SiC納米線，電壓電流曲線如下圖4所示。
權利要求一種納米線的顯微結構與電學性能測試裝置，其特征在于在襯底的上方是非晶層，下方是阻擋層，阻擋層和襯底的中間部分被刻蝕掉形成窗口，在非晶層上是金屬電極，金屬電極之間是納米線，納米線和金屬電極之間由金屬連接線連接，納米線位于非晶層上對著在窗口的正上方，金屬電極上引出導線。
專利摘要本實用新型涉及一種納米線的顯微結構與電學性能測試裝置。現有的測試裝置只能應用在掃描電鏡和光鏡中對納米線進行電學性能的測試，得不到納米線顯微結構變化的信息。該裝置其特征在于在襯底的上方是非晶層，下方是阻擋層，阻擋層和襯底的中間部分被刻蝕掉形成窗口，在非晶層上是金屬電極，金屬電極之間是納米線，納米線和金屬電極之間由金屬連接線連接，納米線位于非晶層上對著在窗口的正上方，金屬電極上引出導線。本實用新型實現在透射電鏡中原位地對納米線加電，從最佳的晶帶軸觀測高分辨圖像，實現X，Y兩個方向最大角度的傾轉，提供了一種納米線原位電性能測試方法，具有性能可靠，安裝方便，結構簡單的特點。
文檔編號G01N23/04GK201488957SQ20092010702
公開日2010年5月26日 申請日期2009年5月15日 優先權日2009年5月15日
發明者劉攀, 張澤, 韓曉東 申請人:北京工業大學