發(fā)展納米技術(shù)、搶占發(fā)展先機(jī),不僅是我國提升國家高端制造業(yè)核心競爭力的重要手段,也是促進(jìn)我國工業(yè)轉(zhuǎn)型升級,邁向制造強(qiáng)國的必要途徑。而納米制造技術(shù)在納米技術(shù)中占有重要地位,近年來引起了廣泛的關(guān)注并得到了快速的發(fā)展。但是,目前在納米制造領(lǐng)域內(nèi)并沒有成熟的納米互連加工技術(shù)。納米互連技術(shù)對發(fā)展納米集成電路和納米電子器件具有重要的意義。以掃描電子顯微鏡(Scanning Electron Microscope,SEM)為基礎(chǔ)的電子束加工技術(shù),是一種簡單、高效、精密的納米制造方法。作為電子束在納觀尺度下的新應(yīng)用技術(shù),電子束誘導(dǎo)金屬納米線直寫技術(shù)具有精度高、直接書寫、可控性好等特點,能夠?qū)崿F(xiàn)多種金屬納米線直寫,進(jìn)而實現(xiàn)圖案化直寫,為制造出高精度和高性能的納米電子器件以及納米集成電路提供了一種新的解決方法,并在納米集成電路、納米互連領(lǐng)域等方面有著非常廣闊的應(yīng)用前景。本文提出了一種采用電子束誘導(dǎo)直寫的技術(shù)將金屬納米線直寫出來。在此基礎(chǔ)上,通過第三方軟件實現(xiàn)了電子束誘導(dǎo)金屬納米線的自動化直寫的納米技術(shù)。本文主要研究內(nèi)容如下:(1)研究電子束與金屬納米顆粒的能量作用機(jī)理,建立電子束熱場分布模型,分析電子束直寫過程中微觀力相互作用,為本文奠定了堅實的理論基礎(chǔ)。首先,基于掃描電子顯微鏡的工作原理分析了電子束能量與金屬納米顆粒能量傳遞的過程。其次,基于波函數(shù)統(tǒng)計解釋以及中心極限定理對電子束的熱場分布進(jìn)行了數(shù)學(xué)解釋,建立了電子束的熱場分布數(shù)學(xué)模型。當(dāng)實驗條件為:加速電壓U=20k V,電子束電流I=49.5μA,工作距離WD=4.3mm,金屬納米顆粒表面電子束能量密度的理論值為qs=3.7×105W/μm2,達(dá)到了電子束誘導(dǎo)金屬納米線直寫的有效能量密度。最后分析了在電子束誘導(dǎo)金屬納米線的直寫過程中,電子束對金屬納米顆粒的靜電力、金屬納米線與基底之間的粘著力以及金屬納米線的表面張力的相互作用并建立了力學(xué)模型。(2)基于超聲分散的原理,對分散金屬納米顆粒的工藝參數(shù)進(jìn)行研究并通過實驗論證,優(yōu)化了超聲分散的實驗參數(shù),減少了金屬納米顆粒的團(tuán)聚,獲得較好的金屬納米顆粒分散結(jié)果,為電子束誘導(dǎo)金屬納米線直寫提供原材料。(3)對Ag、Cu、Au、Al、Pt、Pd六種金屬在不同電子束誘導(dǎo)時間進(jìn)行金屬納米線直寫,并對每種金屬進(jìn)行10組重復(fù)直寫實驗,實驗的統(tǒng)計結(jié)果表明:在1~5min的時間內(nèi),Ag納米線的長度為121~1136nm、Cu納米線的長度為67~1025nm、Au納米線的長度為93~902nm、Al納米線的長度為153~1328nm、Pt納米線的長度為57~1140nm、Pd納米線的長度為137~859nm。通過分析電子束誘導(dǎo)時間與金屬納米線長度的關(guān)系,得到了電子束誘導(dǎo)時間與同種金屬納米線長度呈正相關(guān)。在實現(xiàn)金屬納米線直寫的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步進(jìn)行了簡單圖案化的Au納米線直寫實驗,直寫出了總長度為1459nm的“L”型Au納米線和總長度為1880nm的“口”型Au納米線。最后通過原子力顯微鏡對直寫出的短線型、長線型、“L”型、“”型Ag納米線進(jìn)行三維形貌檢測。實驗結(jié)果表明,相同的實驗條件下,電子束直寫的Ag納米線具備良好的均一性。(4)以Micro Visual Studio為開發(fā)環(huán)境,通過編寫軟件實現(xiàn)了電子束誘導(dǎo)直線型和圓弧型的Ag納米線自動化直寫。并通過逐點比較插補(bǔ)的算法,削弱了納米操作平臺振動和掃描電子顯微鏡成像漂移對電子束運動路徑的影響,減小了納米線與預(yù)定軌跡的誤差,優(yōu)化了自動化直寫實驗結(jié)果,實現(xiàn)了平面內(nèi)0~360°任意方向的Ag納米線直寫和半徑為207nm的Ag納米圓弧直寫。
【學(xué)位單位】：蘇州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TB383.1
【部分圖文】：

“納米之父”理查德 費因曼(R．P．Feynman)在 1959 年的演講“Therof Room at the Bottom”中，最早提出納米尺度上科學(xué)和技術(shù)問題[1],從此，米時代。目前，納米技術(shù)已經(jīng)成為推動 21 世紀(jì)人類社會節(jié)能降耗、綠色環(huán)便捷和健康生活方向發(fā)展的重要科學(xué)技術(shù)。隨著納米技術(shù)的快速發(fā)展以及對集成電路和微電子器件尺寸微型化、功需求的增加，制造結(jié)構(gòu)更復(fù)雜、組件更微小的納米電路和納米器件是未來的技術(shù)發(fā)展的核心和基礎(chǔ)[2-6]。根據(jù)《2015 International Technology RoaSemiconductors》的估計，到 2025 年，許多器件的物理特征尺寸將有望跨過關(guān)[7]。美國高通公司在 2017 年推出首款采用三星 10 納米 FinFET 制作工藝艦處理器——驍龍 835 芯片（如圖 1-1 所示）[8]。同年，美國蘋果公司發(fā)布了納米制造工藝的手機(jī)芯片——A11 仿生芯片。得益于新工藝，A11 仿生芯片積為 125mm2的芯片上集成了 43 億個晶體管（如圖 1-2 所示）[9]。顯而易見集成電路發(fā)展已經(jīng)從微電子技術(shù)時代進(jìn)入了納米集成電路時代[10-12]。

“納米之父”理查德 費因曼(R．P．Feynman)在 1959 年的演講“Therof Room at the Bottom”中，最早提出納米尺度上科學(xué)和技術(shù)問題[1],從此，米時代。目前，納米技術(shù)已經(jīng)成為推動 21 世紀(jì)人類社會節(jié)能降耗、綠色環(huán)便捷和健康生活方向發(fā)展的重要科學(xué)技術(shù)。隨著納米技術(shù)的快速發(fā)展以及對集成電路和微電子器件尺寸微型化、功需求的增加，制造結(jié)構(gòu)更復(fù)雜、組件更微小的納米電路和納米器件是未來的技術(shù)發(fā)展的核心和基礎(chǔ)[2-6]。根據(jù)《2015 International Technology RoaSemiconductors》的估計，到 2025 年，許多器件的物理特征尺寸將有望跨過關(guān)[7]。美國高通公司在 2017 年推出首款采用三星 10 納米 FinFET 制作工藝艦處理器——驍龍 835 芯片（如圖 1-1 所示）[8]。同年，美國蘋果公司發(fā)布了納米制造工藝的手機(jī)芯片——A11 仿生芯片。得益于新工藝，A11 仿生芯片積為 125mm2的芯片上集成了 43 億個晶體管（如圖 1-2 所示）[9]。顯而易見集成電路發(fā)展已經(jīng)從微電子技術(shù)時代進(jìn)入了納米集成電路時代[10-12]。

M 中電子束誘導(dǎo)的金屬納米線直寫方法研究 第一章 緒納米線的方法主要分為化學(xué)法和物理法，納米互連技術(shù)主要依靠激光、電子束等實現(xiàn)分立的納米顆粒、納米管線和納米薄膜之間，或它們與其他非納米尺度材料的可靠連接。1.2.1 金屬納米線的制備方法金屬納米線常見的制備方法可以分為“自下而上”和“自上而下”�！白韵露想娀瘜W(xué)沉積——模板法、外場誘導(dǎo)法、誘導(dǎo)氣相沉積法、氣相蒸發(fā)冷凝法; “自下”有軟模板法、蝕刻法、氣相熱化學(xué)還原法、自組裝法。韓國釜山大學(xué)納米能源工程系的 Hyung-Kook Kim 課題組[23]使用電化學(xué)沉積模板法，在 FTO 玻璃基板上制備異質(zhì)結(jié)構(gòu)的 CuO/ZnO 納米線光電極。如圖 1-3
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2859448