基于AFM的金属纳米线制备及其电学性能研究

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金属纳米线因其在电学、磁学、光学研究领域具有较为独特的性质,近年来被国内外学者采用多种方法制备,并且应用在越来越广泛的领域当中。原子力显微镜(AFM)作为微纳加工的一种手段,同样可以用于制备金属纳米线。本课题主要探究了利用AFM与剥离工艺(lift-off)相结合的方法制备尺寸可控的金属纳米线,并对其电学性能进行研究。利用该方法制备金属纳米线的优势在于实验步骤简单、效率较高、成本低廉且可以在需要位置制备出多种材质、数量可控、尺寸可控的纳米线。本课题主要从以下三方面进行具体的研究与分析。首先,利用旋涂法在硅基表面制备出厚度大约为四十纳米的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)薄膜,并采用AFM机械刻划的方式在PMMA薄膜表面加工沟槽。通过理论分析影响纳米沟槽宽度的因素主要是施加载荷和针尖圆弧半径大小,而稳定磨损阶段的针尖圆弧半径同时与施加载荷大小有关。当载荷增加时,针尖圆弧半径随之增加,使得纳米沟槽的宽度也会随之增加。在此基础上通过多组实验数据对理论公式进行修正,拟合出施加载荷与纳米沟槽宽度的关系。从而在后续工作中可以通过选择合适的载荷得到尺寸可控的纳米沟槽。然后,在PMMA表面上刻划出纳米沟槽的基础上,采用电子束蒸镀金属膜以及剥离工艺,在硅基表面上制备出尺寸可控的金属纳米线。为了对金属纳米线的电学性能进行分析,本课题利用光刻与剥离工艺相结合的方法制备出纳米线的金属外围电路,并将纳米线与外围电路连接在一起。最后,利用探针工作台与数字源表对多种材质的金属纳米线的电学性能进行测试,并通过公式计算出对应的电阻率,进而对比分析了金属纳米线的电阻率与体电阻率差距的原因。最后展示了利用AFM机械刻划与剥离工艺相结合的方法制备出的尺寸可控的叉指型电极,这种电极有望应用在微/纳米流控以及微/纳米传感器等领域中。
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