基于RIE与AFM机械刻划的纳米结构加工实验研究

摘要

基于原子力显微镜（Atomic Force Microscope，AFM）的机械刻划是一种加工纳米结构的有效方法，学者们运用该加工方式已经在多种材料如聚合物、金属表面加工出了精细的二维甚至三维结构。然而受限于AFM针尖的硬度，其在硅表面进行加工时容易急剧磨损，且深度尺寸难以得到保证。因此本文利用AFM针尖在聚合物掩膜上进行纳米结构的加工，并通过反应离子刻蚀（Reactive Ion Etching，RIE）将其转印到硅基底上，最终在硅上得到了精细的纳米结构。本文主要围绕以下三个方面进行研究分析。
　　通过控制旋转涂覆的速度和溶液浓度，在硅基底上制备了不同厚度的PMMA薄膜。利用原子力显微镜（Dimension Icon）系统中的PeakForce QNM（Quantitative NanoMechanics）模块，测量了PMMA薄膜的弹性模量，分析了硅基底对其机械性能的影响。通过刻划实验分析了不同厚度薄膜的加工性能，并比较了针尖的磨损情况，确定了适合AFM机械加工的掩膜制备条件。
　　为了在掩膜材料上加工出良好的纳米结构，在其上进行了重复刻划实验和超声振动辅助加工实验。重复刻划实验在保证纳米结构一致性的同时，增大了加工的沟槽深度，然而其较低的加工效率限制了它的实际应用。采用超声振动辅助加工的方式不仅能增大结构的深度尺寸，且降低了针尖的粘结和磨损。
　　为了使掩膜上的结构能真实地转印到硅基底上，进行了反应离子刻蚀实验。通过对比不同厚度掩膜的刻蚀效果，确定了有利于结构转印的掩膜厚度。合理调整刻蚀参数，以及引入双掩膜的实验方案，最终在硅基底上得到了精细的纳米结构。

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第1章 绪论

1.1课题研究的背景和意义

1.2国内外研究现状

1.3本课题的主要研究内容

第2章PMMA掩膜性能分析

2.1引言

2.2 PMMA掩膜的制备工艺

2.3 PMMA掩膜弹性模量的测量

2.4 AFM在不同厚度PMMA掩膜上的加工实验

2.5 本章小结

第3章 AFM在PMMA掩膜上的加工工艺研究

3.1 引言

3.2不同针尖半径对纳米刻划的影响

3.3 方坑结构的加工

3.4 AFM探针重复刻划实验

3.5 AFM在超声振动辅助下的加工实验研究

3.6 本章小结

第4章 纳米结构的反应离子刻蚀实验

4.1 引言

4.2 反应离子刻蚀简介

4.3 反应离子刻蚀实验

4.4 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的论文

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