激光復(fù)合AFM探針熱熔釬料的碳納米管互連基礎(chǔ)研究.pdf

1、隨著納米科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展，新納米材料及其卓越性能逐漸顯示在高性能裝備制造中廣闊的應(yīng)用前景，進(jìn)行“納－微－介觀－宏觀”跨尺度連接與封裝，是納米結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)功能化、器件化和產(chǎn)品化的重要環(huán)節(jié)和關(guān)鍵技術(shù)。碳納米管憑借其優(yōu)良的電學(xué)及熱學(xué)性能有望成為未來(lái)納米互連導(dǎo)線(xiàn)的替代材料，而互連是以碳納米管為材料的結(jié)構(gòu)制造、功能器件制備或其組裝中不可或缺的環(huán)節(jié)。隨著碳納米管制品正朝著高功率、高密度、高可靠性以及綠色封裝等方向迅速發(fā)展，對(duì)于互連性能的要求愈來(lái)愈苛刻,

2、針對(duì)碳納米管的互連技術(shù)的重要性因而也愈顯突出。為保證優(yōu)良的電學(xué)、熱學(xué)及機(jī)械性能，釬料熱熔互連技術(shù)已被證明實(shí)現(xiàn)碳納米管與金屬電極互連的有效方法，目前釬料熱熔互連技術(shù)獲得的互連結(jié)點(diǎn)尺寸相對(duì)過(guò)大，碳納米管之間互連還少有人涉獵，針對(duì)下一代新型納米器件及結(jié)構(gòu)的制造及應(yīng)用，本文提出了激光復(fù)合原子力顯微鏡探針（Atomic Force Microscope, AFM）熱熔釬料進(jìn)行納米互連的新方法，并進(jìn)行了相應(yīng)的基礎(chǔ)研究。
　　針對(duì)光纖探針導(dǎo)光激

3、光復(fù)合AFM探針的耦合場(chǎng)問(wèn)題，研究了激光復(fù)合AFM探針的近場(chǎng)理論，基于近場(chǎng)光學(xué)及電磁學(xué)理論，建立了光纖探針導(dǎo)光激光輻照AFM探針的光學(xué)近場(chǎng)理論模型及計(jì)算模型，利用有限元方法解析了光纖探針、AFM探針及其復(fù)合的增強(qiáng)近場(chǎng)，探討了探針幾何形狀、激光參數(shù)及空間位置等因素對(duì)近場(chǎng)增強(qiáng)效果的影響規(guī)律；同時(shí)以電場(chǎng)為聯(lián)系紐帶，基于電磁學(xué)和熱學(xué)理論，建立了激光輻照AFM探針的熱場(chǎng)分析模型，進(jìn)行了激光輻照AFM探針的溫度場(chǎng)仿真研究，為激光輻照AFM探針熱熔釬

4、料互連方法提供理論基礎(chǔ)。
　　針對(duì)釬料熱熔及互連碳納米管問(wèn)題，進(jìn)行了納米粒子釬料熱熔過(guò)程及其熔化溫度的尺寸效應(yīng)研究，建立了碳納米管釬料熱熔互連的仿真模型，對(duì)軸向放置的碳納米管互連過(guò)程進(jìn)行了分子動(dòng)力學(xué)仿真研究，探究了其釬料熱熔互連的作用機(jī)理，同時(shí)對(duì)X、Y、T型結(jié)點(diǎn)的碳納米管釬料熱熔互連過(guò)程進(jìn)行了仿真研究，獲得了加熱溫度、釬料尺度、加熱時(shí)間等因素對(duì)互連效果的影響規(guī)律。
　　為有效地實(shí)現(xiàn)碳納米管互連點(diǎn)處納米粒子釬料的精確定位，基于

5、AFM動(dòng)態(tài)組合模式蘸筆納米刻蝕技術(shù)，進(jìn)行了納米釬料定點(diǎn)沉積實(shí)驗(yàn)，研究了相對(duì)濕度、樣品表面粗糙度、親水性等因素對(duì)定位沉積的影響規(guī)律，根據(jù)AFM微懸臂質(zhì)量與其共振頻率的依賴(lài)關(guān)系，對(duì)定量沉積進(jìn)行了初步的理論分析；同時(shí)進(jìn)行了基于AFM向量掃描模式的定位操作研究，實(shí)現(xiàn)了納米粒子釬料及碳納米管的定位、定形操作。
　　為實(shí)現(xiàn)碳納米管的激光復(fù)合AFM探針熱熔釬料互連，研制了光纖探針導(dǎo)光激光復(fù)合AFM探針的納米互連實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，基于溫度對(duì)單晶和聚合物材