78 扫描探针纳米加工技术的现状与发展趋势 - 本原扫描探针显微镜 .pdf

第 18 卷 　第 1 期 　　　　　　　　　　　　　　大学化学 2003 年 2 月 扫描探针纳米加工技术的现状与发展趋势 宫建茹 　万立骏 　白春礼 ( 中国科学院化学研究所 　北京 100080) 　　摘要 　介绍了扫描探针纳米加工技术的基本原理、应用前景和最新进展 ,并讨论了该技术的 发展趋势。 n 　　在资讯高度发达的今天 ,信息呈爆炸式增长。对众多的信息怎样实现检测、转换、传输、存 c . 储和处理成为人们关注的重要问题。在过去的 50 年里 ,晶体管的特征尺寸已按Moore 定律由 1cm 降低到目前的近 0. 1μ m ,如今最新型的微处理器集成了 4000 多万个晶体管 ,到 2015 年时 m μ 微处理器可能达到近 50 亿个晶体管。随着整个制造技术水平向 0. 1 m 逼近 ,加工能力即将 进入一个空前的高度。整个微电子领域的前沿热点从制造技术、器件物理、工艺物理到材料技 o 术等方面随之全面进入 100nm 以下的纳米领域,微电子技术在高速发展的同时必将遭遇科 c 学、技术和经济极限问题 ,这就必须研究纳米尺度中的理论问题和技术问题 ,建立适应纳米尺 . 度的新的集成方法和新的技术标准。 ( ) 　　20 世纪 80 年代 ,扫描探针显微镜 scanning probe microscope ,SPM 的发明使人们对物质 m 世界的认识与改造深入到了原子、分子层次。由于 SPM 的针尖曲率半径小 ,且与样品之间的 ( ) p 距离很近 1nm ,在针尖与样品之间可以产生一个高度局域化的场 ,包括力、电、磁、光等。 s 该场会在针尖所对应的样品表面微小区域产生结构性缺陷、相变、化学反应、吸附质移位等干 . 扰 ,并诱导化学沉积和腐蚀 ,这正是利用 SPM 进行纳米加工的客观依据。同时也表明 ,SPM 不是简单用来成像的显微镜 ,而是可以用于在原子、分子尺度进行加工和操作的工具。 w [1 ] ( 　　1987 年 ,A T T 公司 Bell 实验室的 Becker 等人利用扫描隧道显微镜 scanning tun nelling microscope ,STM) 的针尖首次实现了单晶锗表面的原子级加工 , 即在表面形成人造的 w 原子级结构 ,表明了利用 SPM 进行纳米级加工的可能性 ,预示着进行原子级加工的时代已经 w [2 ] 到来。特别值得一提的是 ,1993 年 Day 和 Allee 成功地实现了硅表面的纳米结构制备 ,给微 电子工业的持续发展带来了新的曙光。在这之后,利用 SPM 进行纳米刻蚀和纳米加工的方法 层出不穷 ,加工的材料和加工所需的条件也发生了很大的变化 ,扫描探针纳米加工技术逐渐发