基于機械—化學方法的硅表面可控微納結(jié)構(gòu)制造技術(shù)研究.pdf

1、納米科技自20世紀80年代末開始迅速發(fā)展以來，在信息、材料、生物、微電子、微制造和國家安全等方面顯示出越來越重要的應用前景，已成為世界關注的重要科技前沿之一。納米結(jié)構(gòu)的制備是納米科技發(fā)展的基礎。研究成本低廉、使用方便的可控自組裝制造技術(shù)對于構(gòu)筑以分子為結(jié)構(gòu)單元的納米結(jié)構(gòu)或器件具有重要意義。本文以機械-化學方法為主要手段，對單晶硅(100)表面制造形狀、位置和功能可控的芳香烴自組裝微納結(jié)構(gòu)進行了系統(tǒng)研究。
　　首先，分析了基于機械-

2、化學方法在單晶硅(100)表面進行芳香烴重氮鹽可控自組裝微納結(jié)構(gòu)的反應機理，采用量子化學模擬計算為人們從原子水平上了解微納結(jié)構(gòu)的組裝過程提供了一個平臺。模擬計算的結(jié)果揭示了芳香烴重氮鹽在單晶硅基底上可控自組裝微納結(jié)構(gòu)的形成機理，給出了單個分子在基底表面的空間分布情況，為實驗提供理論基礎。
　　在理論分析和模擬計算的基礎上建立了一套在溶液中進行機械-化學微加工的系統(tǒng)，它是實現(xiàn)在硅表面進行可控自組裝實驗的手段。該系統(tǒng)包括三維微動工作臺

3、、手動工作臺、微測力儀系統(tǒng)、CCD光學放大系統(tǒng)和金剛石刀具夾緊機構(gòu)等。分析了刀尖幾何形狀、刻劃力、刀具前角和切削刃鈍圓半徑對微結(jié)構(gòu)加工形貌和質(zhì)量的影響，總結(jié)出以加工質(zhì)量為主的最優(yōu)加工參數(shù)，為自組裝單層結(jié)構(gòu)(SAMs)的后續(xù)應用及其摩擦性能和粘附性能檢測奠定基礎。
　　基于本文建立的微加工系統(tǒng)制備了自組裝微納結(jié)構(gòu)，并利用原子力顯微鏡、掃描電子顯微鏡、X射線光電子能譜、紅外光譜和飛行時間二次離子質(zhì)譜等一系列先進的分析儀器對結(jié)構(gòu)的微觀形

4、貌、組成元素和構(gòu)型進行了詳細分析，研究結(jié)果顯示芳香烴重氮鹽微納結(jié)構(gòu)是通過Si-C共價鍵連接到經(jīng)過刻劃的硅表面，這從實驗角度驗證了可控自組裝微納結(jié)構(gòu)的形成機理。
　　為了對自組裝微納結(jié)構(gòu)進行微觀的摩擦性能和粘附性能的檢測，基于AFM建立一套控制系統(tǒng)及軟件，在考慮外界濕度、掃描速度等因素的前提下,用AFM對比研究了組裝前后硅表面的粘附、摩擦性能，從一個側(cè)面證明了機械-化學方法可以實現(xiàn)硅表面的功能化和圖形化一步完成，同時從微觀角度為硅表