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蘸水笔刻蚀技术DPN) 的机理与进展.pdf
蘸水笔刻蚀技术(DPN)的机理与进展
1 1 1 1 2
蒋洪奎 ,姚汤伟 ,胡礼广 ,沈亚强 ,虞献文
(1畅 浙江师范大学交通学院, 浙江金华 321004 ;2畅 浙江师范大学凝聚态物理研究所, 浙江金华 321004)
[摘要] 蘸水笔刻蚀(dip-pennanolithography,DPN)技术是近年来发展起来的基于原子力显微镜(AFM)的一种
扫描探针加工技术,有着广泛的应用前景。 蘸水笔技术的刻蚀过程包括AFM针尖对墨水分子的吸附、针尖与
基底间弯月液桥的形成、墨水分子在液桥中的传输、 墨水分子在基底的扩散等四个阶段,并受温度、湿度、针
尖、扫描速度等多种因素的影响。 文章具体分析了蘸水笔技术在不同阶段的作用机理,综合介绍了蘸水笔刻
蚀技术在近年来的进展,包括电化学DPN技术、DPN 的多种加工模式、DPN 的复合加工及多探针的DPN加工
等;分析了DPN 的加工特点及其应用。
[关键词] 蘸水笔;纳米刻蚀;原子力显微镜;纳米加工
[中图分类号] TH742畅9 [文献标识码] A [文章编号] 1009-1742(2008)07-0077-07
子,在毛细力作用下可以形成弯月液桥,黏附在针尖
1 前言
上的材料分子经过针尖与样品之间液桥的传输,通
基于微桙纳米功能器件、高密度信息存储、纳米 过化学吸附可以固定在基底上形成稳定的表面结
生物学、纳米电子学等众多领域的发展要求及广阔 构。 由于其过程类似于笔蘸墨水在纸上书写,故该
的应用前景,利用扫描隧道显微镜(STM) 、原子力显 刻蚀技术被命名为蘸水笔技术。 图1 为 DPN 的加
[5]
微镜(AFM)等扫描探针显微镜(SPM)作为加工工具 工原理 。
进行纳米刻蚀加工的扫描探针刻蚀技术(SPL)近年
来得到了极大发展。 目前已形成机械式刻蚀、氧化
加工、原子搬迁、电化学反应加工等多种不同加工机
理的纳米结构加工方法[1 ~ 3] 。 蘸水笔刻蚀(dip-pen
nanolithography,DPN)技术就是其中一种。 DPN 技术
自1999 年由C. A. Mirkin 等人发明以来,备受科学
家们关注,Science 也曾连续进行报道。 笔者结合国
图1 DPN 的加工原理图
内外的必威体育精装版研究,分析了蘸水笔技术的刻蚀机理及
Fig畅1 Sketch map of DPN
该技术在近年来的主要进展。
2 DPN刻蚀技术机理研究 整个DPN 的刻蚀过程主要包括针尖对墨水分
子的吸附、针尖与基底间弯月液桥的形成、墨水分子
1999 年由C. A. Mirkin 等人在研究大气中水分 的传输、 墨水分子在基底的扩散等四个阶段,并受
子对原子力显微镜(AFM)分辨率的影响时发现, 环境、工具、材料及工艺等多方面因素的影响。
AFM 针尖在大气环境可以直接在基底刻蚀出纳米 2畅1 “墨水”分子的吸附
结构[4] 。 针尖和样品表面通过吸附大气中的水分 保证针尖与墨水分子之间有足够的吸附力是刻
[收稿日期] 2007 - 07 - 25 ;修回日期 2007 - 08 - 16
[基金项目] 浙江省教育厅资助项目
[作者简介] 蒋洪奎(1974 - ) ,男,浙江诸暨市人,硕士,浙江师范大学讲师
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