本文關(guān)鍵詞： 原子力顯微鏡 納米線電極 納米刻劃 電學(xué)性能 納結(jié)構(gòu)　出處：《哈爾濱工業(yè)大學(xué)》2017年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：金屬納米線因其具有獨(dú)特的光學(xué)、電學(xué)和磁學(xué)特性,目前被廣泛應(yīng)用于傳感器領(lǐng)域,在其他領(lǐng)域也有較大的應(yīng)用空間。基于原子力顯微鏡(AFM)探針的納米機(jī)械刻劃是加工微納米結(jié)構(gòu)的一種重要方法,雖然可以制備出位置可控的納米線,但是針尖在刻劃過程中磨損嚴(yán)重,制備的納米線尺寸不能精確控制,而且由于納米線尺寸較小,后續(xù)制備傳感器過程比較繁瑣。學(xué)者對制備納米線電極的質(zhì)量和其電學(xué)性能的影響因素研究較少。因此,本課題主要研究基于納米機(jī)械刻劃與光刻技術(shù)有效制備納米線電極的方法,并且對其電學(xué)性能進(jìn)行分析,主要從以下三個(gè)方面進(jìn)行具體的研究和分析。首先,對AFM探針在聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)上的刻劃過程進(jìn)行理論建模。綜合考慮探針針尖的幾何形狀、加工過程中PMMA材料對探針的流動(dòng)應(yīng)力和粘性摩擦力、聚合物薄膜的厚度、材料堆積以及基底對薄膜的影響,根據(jù)力平衡條件得到一定針尖半徑的探針剛好劃透特定厚度的PMMA薄膜所需施加的載荷,并且通過實(shí)驗(yàn)對理論模型進(jìn)行驗(yàn)證。其次,在刻劃理論模型指導(dǎo)下進(jìn)行納米線電極的制備,詳細(xì)介紹了納米線電極的制備流程和影響因素。其中納米線制備采用AFM探針納米機(jī)械刻劃和liftoff結(jié)合的方法,外圍電路利用光刻技術(shù)結(jié)合lift-off制備,而且探究了電子束蒸發(fā)鍍膜工藝中蒸發(fā)源與鍍件之間的距離、電子束束流和鍍膜時(shí)間對納米線電極的質(zhì)量影響。最后,利用數(shù)字源表和探針臺(tái)對納米線電極的電學(xué)性能進(jìn)行測量,分別對Au和Ti兩種材質(zhì)的外圍電路和納米線進(jìn)行電阻率測量,其中納米線主要研究長寬高對其電學(xué)性能的影響,并與體電阻率進(jìn)行分析比較。還探究了納米線上的納結(jié)構(gòu)和表面硫醇吸附對其電學(xué)性能的影響。最后制備出單根和基于陣列的Au納米線電極傳感器件。
[Abstract]:Metal nanowires are widely used in sensor fields because of their unique optical, electrical and magnetic properties. Nanomechanical characterization based on AFM probes is an important method for fabricating microstructures, although controllable nanowires can be prepared. However, the tip of the needle is worn seriously in the process of engraving, the size of the prepared nanowires cannot be accurately controlled, and because of the smaller size of the nanowires, The process of subsequent fabrication of sensor is complicated. There are few researches on the quality and electrical properties of nanowire electrode. This paper mainly studies the methods of preparing nanowire electrode based on nano-mechanical characterization and lithography, and analyzes its electrical properties, mainly from the following three aspects of specific research and analysis. In this paper, the theoretical modeling of AFM probe on PMMA was carried out. Considering the geometry of the tip of the probe, the flow stress and viscous friction of PMMA material to the probe and the thickness of polymer film were considered. According to the force balance condition, a probe with a certain tip radius is applied to the PMMA film with a specific thickness, and the theoretical model is verified by experiments. The preparation of nanowire electrode was carried out under the guidance of theoretical model, and the preparation process and influencing factors of nanowire electrode were introduced in detail. Among them, nanowires were prepared by AFM probe nano-mechanical scribing and liftoff binding method. The peripheral circuit is fabricated by photolithography combined with lift-off, and the influence of the distance between the evaporation source and the part, the electron beam current and the coating time on the quality of nanowire electrode in the process of electron beam evaporation coating is investigated. The electrical properties of nanowire electrode were measured by digital source meter and probe table, and the electrical resistivity of the peripheral circuits and nanowires of au and Ti were measured, respectively. The influence of length, width and height on the electrical properties of nanowires was studied. The effects of nanostructure and surface mercaptan adsorption on the electrical properties of nanowires were also investigated. Finally, single and array-based au nanowire electrode sensing devices were fabricated.
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TB383.1;TP212

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