纳米粒子和碳纳米管的自组装及硅纳米柱阵列的刻蚀加工研究

作     者：赵保军 

作者单位：上海交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张亚非;王英

授予年度：2008年

学科分类：080903[工学-微电子学与固体电子学] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 

主      题：纳米粒子 碳纳米管 自组装 反应离子刻蚀 纳米柱阵列 

摘      要：随着集成电路微电子工业迅速发展,传统的光刻工艺已无法满足特征尺寸缩小的需要,因此研究开发新颖的纳米加工技术制备纳米器件具有十分重要的意义。周期性的纳米结构加工在电子器件、传感器、微机电系统等方面十分活跃。近年来随着纳米材料有序排布技术的发展,利用纳米材料组装的有序结构构筑纳米器件的研究已经越来越多地引起人们的关注。纳米组装技术主要包括L-B膜技术、自组装膜技术等,其中自组装技术由于具有操作简单、价格低廉等优点而逐渐成为纳米加工技术的研究热点之一。在此基础上,本文重点研究了Au、SiO2纳米粒子及单壁碳纳米管等材料的自组装技术,并以金纳米粒子自组装膜为研究对象,结合反应离子刻蚀加工技术,获得了高深宽比的硅纳米柱阵列。 研究中发现,通过控制自组装过程中不同的实验条件(如偶联剂的种类、组装时间、溶胶浓度等),可以在单晶硅、云母、石英玻璃等基底上得到稳定、规则、致密、大面积排布金纳米粒子单层膜。同时,利用自组装工艺与垂直沉积法相结合,可以有效地提高二氧化硅纳米粒子在基片表面的结合力和排布密度,从而为下一步的纳米加工提供了良好的基础。此外,我们利用自组装工艺成功地将单壁碳纳米管组装在硅基底表面上,得到了单层、均匀分布、大面积、分散排布的单壁碳纳米管,从而为利用碳纳米管构筑纳米器件提供了新的方法和契机。 最后,本文提供了一种简单、方便、有效且直径可控的,在硅基底上大面积形成纳米点阵或纳米柱阵列的纳米加工方法。摸索了刻蚀气体比例、功率、时间对金纳米粒子做掩模刻蚀纳米柱阵列的影响,并对各种刻蚀结果进行了分析。综合各种刻蚀工艺条件的影响,得到了优化的金纳米粒子作掩膜刻蚀加工硅纳米柱阵列工艺条件。得到了直径小于20nm,深宽比高达10:1以上,规则、致密、大面积分布的硅纳米柱阵列。这一结果对采用纳米材料做掩膜制备周期性纳米结构具有一定的理论和实践意义。