基于機(jī)械—化學(xué)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(jì)80年代末開(kāi)始迅速發(fā)展以來(lái)，在信息、材料、生物、微電子、微制造和國(guó)家安全等方面顯示出越來(lái)越重要的應(yīng)用前景，已成為世界關(guān)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(chǔ)。研究成本低廉、使用方便的可控自組裝制造技術(shù)對(duì)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(jī)械-化學(xué)方法為主要手段，對(duì)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(jìn)行了系統(tǒng)研究。
　　首先，分析了基于機(jī)械-

2、化學(xué)方法在單晶硅(100)表面進(jìn)行芳香烴重氮鹽可控自組裝微納結(jié)構(gòu)的反應(yīng)機(jī)理，采用量子化學(xué)模擬計(jì)算為人們從原子水平上了解微納結(jié)構(gòu)的組裝過(guò)程提供了一個(gè)平臺(tái)。模擬計(jì)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(jī)理，給出了單個(gè)分子在基底表面的空間分布情況，為實(shí)驗(yàn)提供理論基礎(chǔ)。
　　在理論分析和模擬計(jì)算的基礎(chǔ)上建立了一套在溶液中進(jìn)行機(jī)械-化學(xué)微加工的系統(tǒng)，它是實(shí)現(xiàn)在硅表面進(jìn)行可控自組裝實(shí)驗(yàn)的手段。該系統(tǒng)包括三維微動(dòng)工作臺(tái)

3、、手動(dòng)工作臺(tái)、微測(cè)力儀系統(tǒng)、CCD光學(xué)放大系統(tǒng)和金剛石刀具夾緊機(jī)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(duì)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(yīng)用及其摩擦性能和粘附性能檢測(cè)奠定基礎(chǔ)。
　　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(shí)間二次離子質(zhì)譜等一系列先進(jìn)的分析儀器對(duì)結(jié)構(gòu)的微觀形

4、貌、組成元素和構(gòu)型進(jìn)行了詳細(xì)分析，研究結(jié)果顯示芳香烴重氮鹽微納結(jié)構(gòu)是通過(guò)Si-C共價(jià)鍵連接到經(jīng)過(guò)刻劃的硅表面，這從實(shí)驗(yàn)角度驗(yàn)證了可控自組裝微納結(jié)構(gòu)的形成機(jī)理。
　　為了對(duì)自組裝微納結(jié)構(gòu)進(jìn)行微觀的摩擦性能和粘附性能的檢測(cè)，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(duì)比研究了組裝前后硅表面的粘附、摩擦性能，從一個(gè)側(cè)面證明了機(jī)械-化學(xué)方法可以實(shí)現(xiàn)硅表面的功能化和圖形化一步完成，同時(shí)從微觀角度為硅表