笔式连续直写的纳米加工技术研究

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1、SOOCHOWUNIVERSITY硕士学位论文•醫】论文题目笔式连续直写的纳米加工技术研究研究生姓名徐德洋指导教师姓名孙立宁专业名称机械工程研究方向微纳制造论文提交日期2015年6月苏州大学学位论文独创性声明本人郑重声明：所提交的学位论文是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果，也不含为获得苏州大学或其它教育机构的学位证书而使用过的材料。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人承担本声明的法律责任。论文作者签名s镁德1日期：_LC>d�2苏州大学

2、学位论文使用授权声明本人完全了解苏州大学关于收集、保存和使用学位论文的规定，即；学位论文著作权归属苏州大学。本学位论文电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。苏州大学有权向国家图书馆、中国社科院文献信息情报中心、中国科学技术信息研究所（含万方数据电子出版社)、中国学术期刊（光盘版）电子杂志社送交本学位论文的复印件和电子文档，允许论文被查阅和借阅，可以釆用影印、缩印或其他复制手段保存和汇编学位论文，可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索。涉密论文口本学位论文属在年__月解密后适用本规定。非渉密论文eT论文作者签名：日期：”丨““0导师签名：日期：n^‘

3、笔式连续直写的纳米加工技术研究笔式连续直写的纳米加工技术研究摘要微纳技术是一个多学科交叉的高科技领域，展现出巨大的生命力，被认为是未来重要前沿科技之一。以扫描探针显微镜SPM为基础的扫描探针加工技术，是一种简单而又灵活的微纳结构加工方法，近年来引起了广泛的关注并得到了快速的发展。作为扫描探针加工的一种新技术，纳米钢笔直写技术FPN具有精度高、分辨率高、直接书写、可控性好等特点，能够将多种墨水直接转移到不同性质的基底上，进而书写出不同的加工图案，加工出高精度的结构器件，在生物、微电子领域等方面有着非常广阔的应用前景。针对目前对于FPN工作机理及加工工艺研究较少的现

4、状，本文首先对FPN工作过程中起主导作用的毛细力进行了研究，分析了毛细力的形成及其作用机理，为FPN的工作机理提供理论基础。在此基础上分析了FPN书写过程中的三个主要步骤：针尖与基底间液桥的形成、墨水分子在液桥中的传输以及墨水分子在基底的扩散，并对针尖和基底接触的作用力进行了建模，分析了针尖逐渐接触基底的过程中接触力大小的变化。其次利用原子力显微镜选用纳米银墨水在金基底上进行了FPN书写实验，分别探讨了FPN书写过程中各类书写参数对点、线结构尺寸的影响，其中影响点直径的书写参数为接触时间，影响线结构尺寸的参数主要包括探针孔径、书写模式、书写速度、设定点以及施加的

5、电压等。在此基础上，选择最佳工艺参数，即200nm孔径的书写探针，2μm/s的书写速度以及0.2V的设定点，在接触模式下实现了字母“S”“Z”“D”“X”及五角星等规则图案的书写。最后在非导电云母基底上利用FPN技术书写出微纳尺度的线结构，利用原子力显微镜AFM和扫描电子显微镜SEM对线结构的形貌进行了表征。在此基础上，结合Keithley4200SCS半导体参数分析仪和CascadeM150探针台，采用二探针法和四探I笔式连续直写的纳米加工技术研究针法分别对FPN书写线结构的电学特性进行了测量。和二探针相比较，四探针法能精确地测量单根线结构的电阻率，测得书写线

6、结构的电阻率为4.82μΩ·cm，略大于银的体电阻率，这可能是由于微纳尺度线结构产生的表面散射效应增加了电阻率的值。关键词：纳米钢笔直写技术；毛细力；工艺优化；微纳结构作者：徐德洋指导老师：孙立宁IIResearchontheNano-directWritingProcessTechnologyusingFountainPenNanolithographyResearchontheNano-directWritingProcessTechnologyusingFountainPenNanolithographyAbstractMicro/Nanotechnolo

7、gyisamulti-disciplinarycrossinghigh-techfieldthatshowsgreatvitalityandislistedasoneoftheimportantfrontieroffuturetechnology.Scanningprobelithography,whichbasedonSPM,isakindofsimpleandflexiblemethodtoproducemicro/nanomaterialsandhasgotrapiddevelopmentinrecentyears.Asanewscanningprobet

8、echnologybas