專利名稱：一種利用錫須生長制備一維納米線的方法
技術領域：
本發明涉及微電子制造及納米材料制造領域，具體的地說是一種制造一維納米線的方法。
背景技術：
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構層次，賦予了它許多特殊的性質和功能，如表面效應、量子尺寸效應、小尺寸效應、宏觀量子隧道效應、介電限域效應等，這些特殊的物理性質使納米材料呈現出許多奇特的性質而表現出某些優異的性能，使它在眾多領域，特別是光學、電學、磁學、生物、陶瓷、化工、醫學、催化等方面有著重大的應用價值。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，模板法能夠很好調控最終產物的形貌，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。
發明內容
本發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，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境中。
本發明的技術效果體現在本發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為本發明的裸硅片的示意圖2為本發明沉積并電鍍加厚金屬層的示意圖3為本發明第一次光刻顯影后的示意圖4為本發明腐蝕掉裸露金屬的示意圖；圖5為本發明第二次光刻后的示意圖6為本發明通電后得到的一維納米金屬線的示意圖
圖7為本發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合附圖對本發明作詳細說明。錫須是含錫鍍層表面自發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時將發生電遷移現象，電遷移現象在陽極附近形的原子積聚增加了錫鍍層的內部壓應力，加速了錫須生長。實驗發現，對于Cd、Zn、Al、Ag 等金屬也有這種現象。基于這一發現，本發明嘗試利用電遷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));金屬細線的數量和間距根據所需制備的納米線數量決定;(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。考慮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，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.根據權利要求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.根據權利要求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.根據權利要求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.根據權利要求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，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.根據權利要求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境中。
全文摘要
本發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 優先權日2012年3月15日
發明者劉勝, 呂亞平, 呂植成, 張學斌, 汪學方, 胡暢, 袁嬌嬌 申請人:華中科技大學