专利名称：纳米线的显微结构与电学性能测试装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种纳米线的显微结构与电学性能测试装置，更具体的是通电状
态下原位实时动态的纳米线显微结构与电学性能相关性的测量装置。
技术背景 透射电子显微镜、扫描电子显微镜和光学显微镜在纳米科学和技术领域中发挥重 要的作用，是研究材料结构与物性最为有力的工具。应用纳米线可以制作更小尺度的微纳 电子器件，而纳米线作为各种器件的基本结构单元，承载着信息的传输、存储等重要功能。 在外场的作用下，研究纳米线显微结构的变化和尺寸效应对器件单元内纳米线电荷输运能 力等性能的影响，这对器件的效率、灵敏度、使用寿命、存储单元的密度等实际应用具有非 常重要的意义。而目前，现有的测试装置只能应用在扫描电镜和光镜中对纳米线进行电学 性能的测试，得不到纳米线显微结构变化的信息。对于能通过光刻制作出来的纳米线，由于 技术和材料制作方法的限制，不能做到尺度更小和质量完美，而对于用任何物理化学生物 等方法生长出来的纳米线，不能通过光刻技术来完成
实用新型内容
针对现有技术存在的问题，本实用新型的目的是提供一种通电状态下原位测量纳
米线显微结构与电学性能相关性的装置，适用于透射电子显微镜、扫描电子显微镜和光学
显微镜，且适用于用任意材料、方法制作的纳米线。先制作承载纳米线的装置，在装置上制
作金属电极，再将纳米线转移到本装置上，将纳米线固定，连接在金属电极之间，在透射电
镜样品杆中对本装置通电，测量纳米线的显微结构与电学输运性能，实时记录纳米线微结
构与电学性能的变化。借助外界的成像系统原位记录纳米线的变化过程，从原子尺度上揭
示纳米线的微观结构变化与电学输运性能的相关性。本装置适用于随机分布的纳米线的显
微结构观察与电学性能测试，而且对于不同纳米线电学信号的测试，使用不同的金属材料
作为金属连接线，能达到反映纳米线本征电学性能的要求。 为了实现上面的目的，是通过如下的技术方案来实现的 通电状态下研究纳米线显微结构变化的装置，其特征在于在衬底2的上方是非 晶层3，下方是阻挡层l，阻挡层和衬底的中间部分被刻蚀掉形成窗口 4，在非晶层上是金属 电极5，金属电极之间是纳米线6，纳米线和金属电极之间由金属连接线7连接，纳米线位于 非晶层上对着在窗口 4的正上方，金属电极上引出导线8。 进一步地，所述的非晶层是可以让电子束穿透的薄膜，薄膜的厚度在30nm-300nm 之间，阻挡层是阻挡腐蚀窗口 4以外的衬底的薄膜，薄膜的厚度在30nm-300nm之间。 制备上述通电状态下研究纳米线显微结构变化的装置的方法，包括以下步骤 1.在衬底2上方制备非晶层3，下方制备阻挡层l，腐蚀完阻挡层和衬底的中间部 分之后形成最终的窗口。 进一步地，所述的腐蚀分为两步，一步是涂胶、光刻、腐蚀掉阻挡层，腐蚀液只腐蚀阻挡层，形成用于腐蚀衬底的窗口 ，另一步是腐蚀穿透衬底，腐蚀液只腐蚀衬底，形成最终 的窗口。 2.所述的金属电极导电性能良好，通过光刻等方法制作在非晶层上，连接纳米线 和金属电极的金属连接线为导电性能良好的材料，位于纳米线与金属电极的上方，通过聚 焦离子束沉积等方法制作。 3.在金属电极之间制备纳米线，将纳米线和电极用金属连接线连接。 所述的纳米线为使用物理化学生物等多种方法制备，纳米线能被探测到电学信
号，而且能在透射电子显微镜中原位地获得原子尺度的高分辨信息，纳米线的长度可以任
意选取，排列方式可以为任意方向的排列。 4.将金属电极用导线引出，连接到外部的测试仪器上，置入透射电镜、扫描电镜或 光镜中。
本实用新型具有如下优点 1.本实用新型对透射电镜中承载纳米线的装置进行了独特的结构设计，实现在透 射电镜中原位地对纳米线加电，从最佳的晶带轴观测高分辨图像，实现X， Y两个方向最大 角度的倾转，提供了一种纳米线原位电性能测试方法，具有性能可靠，安装方便，结构简单 的特点。 2.本实用新型应用于纳米纳米线的电学性能研究，应用范围广，研究对象丰富。对 于任何纳米线，均能通过此种方法对其进行电性能的原位观察监控。

图l纳米线器件主视图 图2图1的仰视图 图3图1的俯视图 图4实施例的电压电流曲线 1、阻挡层；2、衬底；3、非晶层；4、刻蚀的窗口 ；5、金属电极；6、纳米线；7、金属连
接线；8、导线具体实施方式
本实用新型通过对装置通电，对纳米线进行原位通电测试，通过如下步骤实施 具体的，承载纳米线的装置从下到上依次为使用Si02作为阻挡层l，硅片作为衬 底2， SiN作为非晶层3，在非晶层3上使用的是金作为金属电极5， Si02阻挡层和硅片被刻 蚀形成的是窗口 4，金电极之间使用SiC纳米线6， SiC纳米线在窗口 4的正上方，纳米线6 和金属电极5之间用金属连接线7连接、固定，使用的是铂金属材料作为金属连接线7。 制作和测试的方法具体为通过PECVD (等离子体化学气相沉积法)的方法生长 Si02薄膜，厚度为0. 5 ii m ;硅片厚度为200 y m，直径为2英寸，电阻率为5 Q . cm，经过双面 抛光，晶向为〈100〉；通过PECVD的方法生长SiN薄膜，厚度为0. 1 ii m。 制作两片2. 5英寸光刻掩膜板，在硅片的下方涂胶，光刻形成用于刻蚀的窗口 ，用 稀HF溶液腐蚀掉窗口内的Si02，去胶。放入EDP腐蚀液中，溶液的温度控制在80-10(TC， 经过3个多小时的刻蚀，拿出样品并在丙酮内清洗三次以上。再在SiN的上方涂胶，光刻形成上方的电极图案，在其上镀一层金电极，去胶。将生长好的SiC纳米线分散于丙酮溶液 中，用滴管吸取少量的SiC纳米线，滴在金电极区域，找到在SiN薄膜上的SiC纳米线，用 FIB(聚焦离子束沉积)的方法将SiC纳米线和金电极用铂金属连接。 将做好的硅片切割成2. 15*2. 15mm的方块微栅，在光镜下用压焊机将金电极用金 丝线引出，再将金丝线焊接在带有通电功能的透射电镜样品杆上。对装置进行原位通电，通 过高分辨原位成像系统记录整个变化过程，在通电状态下测量得到纳米线的电学输运性能 与显微结构的相关性。 实验结果在透射电子显微镜中加载电压，电压加载的范围在-0. 1-0. IV的区间， 测量了一根长度在1 P m左右的SiC纳米线，电压电流曲线如下图4所示。
权利要求一种纳米线的显微结构与电学性能测试装置，其特征在于在衬底的上方是非晶层，下方是阻挡层，阻挡层和衬底的中间部分被刻蚀掉形成窗口，在非晶层上是金属电极，金属电极之间是纳米线，纳米线和金属电极之间由金属连接线连接，纳米线位于非晶层上对着在窗口的正上方，金属电极上引出导线。
专利摘要本实用新型涉及一种纳米线的显微结构与电学性能测试装置。现有的测试装置只能应用在扫描电镜和光镜中对纳米线进行电学性能的测试，得不到纳米线显微结构变化的信息。该装置其特征在于在衬底的上方是非晶层，下方是阻挡层，阻挡层和衬底的中间部分被刻蚀掉形成窗口，在非晶层上是金属电极，金属电极之间是纳米线，纳米线和金属电极之间由金属连接线连接，纳米线位于非晶层上对着在窗口的正上方，金属电极上引出导线。本实用新型实现在透射电镜中原位地对纳米线加电，从最佳的晶带轴观测高分辨图像，实现X，Y两个方向最大角度的倾转，提供了一种纳米线原位电性能测试方法，具有性能可靠，安装方便，结构简单的特点。
文档编号G01N23/04GK201488957SQ20092010702
公开日2010年5月26日 申请日期2009年5月15日 优先权日2009年5月15日
发明者刘攀, 张泽, 韩晓东 申请人:北京工业大学