基于氮化硅薄膜纳米孔制备及DNA分子检测

通过对影响聚焦离子束溅射氮化硅纳米孔的溅射时间和离子束束流2个主要参数的研究,优化了聚焦离子束溅射纳米孔加工工艺.提出了利用聚焦离子束对氮化硅薄膜进行减薄后再溅射纳米孔的加工工艺.采用该加工工艺不仅可以减小纳米孔的直径和厚度,还可以减小纳米孔的锥度.最后利用氮化硅纳米孔研究了不同孔径的纳米孔对48 kbλ-DNA过孔姿态的影响,结果表明,孔径较大时,DNA分子过孔存在多种过孔姿态,孔径越小,DNA分子越容易被拉直过孔.同时针对DNA过孔时引起的阻塞电流,提出了简易的计算模型.     

λ-DNA在锥形纳米孔中易位的研究

纳米孔是目前单分子测序的一项重要技术,文中利用聚焦离子束在氮化硅薄膜上制备了30/60 nm的锥形孔,并通过膜片钳装置对λ-DNA易位的电学信号进行了统计和分析.发现在一定的电场(＞200 mY)驱动下,DNA分子随着离子电流进入纳米孔,由于体积阻塞效应引起电流的下降.随着偏置电压的增大,阻塞电流也增大,同时易位的速度加快,DNA易位的弛豫时间减少.还可以根据阻塞信号的特点区分不同形貌的易位分子.     

用AAO模板制备有序硅纳米线阵列

利用二次氧化法制备了高度有序的多孔阳极氧化铝膜,以此膜为模板通过磁控溅射制备了多孔有序的Pt/Ag双层金属薄膜,将此金属薄膜转移到n型单晶硅片上,通过金属辅助化学刻蚀法刻蚀出有序单晶硅纳米线阵列.原子力显微镜和扫描电子显微镜观察发现,多孔阳极氧化铝膜及后续生长的多孔Pt/Ag双层金属薄膜都具有均匀分布、直径约45nm的纳米孔,以Pt/Ag双层金属薄膜为模板刻蚀得到的单晶硅纳米线具有与纳米孔同样的直径,且垂直硅衬底生长.     

聚焦离子束刻蚀多晶TiNi薄膜的表面形貌

报道了TiNi薄膜的聚焦离子束刻蚀特征及刻蚀后的表面形貌．测量结果表明薄膜的表面粗糙度随刻蚀深度呈非线性变化,当刻蚀深度等于0．1μm时,表面粗糙度为最小（5．26nm,刻蚀前为14．88nm）;刻蚀深度小于0．1μm时,表面粗糙度随刻蚀深度的增大而减小;当刻蚀深度大于0．1μm时表面粗糙度随刻蚀深度增大而增大,其原因是刻蚀深度大于0．1μm后表面出现了清晰的周期性条纹结构．此外,表面粗糙度随聚焦离子束流的增大而减小,当离子束流为2．5nA时,表面粗糙度从刻蚀前的14．88nm减小到4．67nm．     

电子束诱导原位制备银纳米环

本文报道了一种电子束诱导原位制备银纳米环的有效方法.使用溶胶-凝胶的方法,以分散Ag+的二氧化钛溶胶为前驱体,通过浸渍-提拉法和相应的热处理工艺制备出二氧化钛和银的复合薄膜.以扫描电镜聚焦的电子束为辐射源,在Ag/TiO2的复合薄膜表面原位观察到了银纳米环的形成过程.纳米环内径为100~280 nm,外径为120~300 nm.     

二维纳米胶体球模板和Cu纳米颗粒阵列的制备

直径为500 nm的纳米球刻蚀模板是通过自组装法制备的.整个实验揭示了自组装过程的影响机制,并得到形状规则,排列均匀一致的单层胶体晶体掩模板.利用离子束溅射得到纳米环阵列,SEM图可以看出纳米环阵列大小均匀,完全按照预期的点阵结构排列.     

基于FIB和TEM的纳米材料中界面分层破坏的实验方法研究与应用

本文针对三维尺寸均处于纳米量级的材料与结构中常见的界面分层破坏问题,利用聚焦离子束技术(FIB)和透射电子显微镜(TEM)开发设计了一套研究纳米材料中界面端部裂纹启裂行为的实验方法.采用FIB成功从宏观多层薄膜材料(硅/铜/氮化硅,Si/Cu/SiN)中切割制备出了由硅基体(Si)和200 nm厚铜薄膜(Cu)及1000 nm厚氮化硅层(SiN)构成的纳米悬臂梁试样.利用高精度微小材料加载装置,在TEM中对该试样进行加载实验,并原位观测了不同试样中Cu/Si界面端部裂纹启裂的行为.通过对启裂瞬时Cu/Si界面上临界应力分布的有限元分析发现,不同尺寸试样中的界面上法向应力与剪切应力均集中在距界面端部100 nm的范围内,且临界法向应力远大于剪切应力.对应力分布的进一步分析则发现,距界面端部5 nm区域内的法向应力场控制着Cu/Si界面的分层破坏过程,可用于表征界面分层破坏的局部控制准则.     

基于纳米压印技术制备200nm周期金自支撑透射光栅

采用纳米压印技术作为制备亚微米周期光栅图案的核心技术,并结合反应离子刻蚀,电子束蒸镀,微电镀,紫外光刻,湿法刻蚀成功制作了面积为5 mm×8 mm、周期为200 nm、占空比近1∶1的大面积金自支撑透射光栅.首先利用紫外光固化纳米压印技术和反应离子刻蚀在高分子胶层上复制出石英模板上的纳米光栅结构,然后用微电镀技术制备出金光栅.为了获得具有较深槽深的光栅图形,采用了纳米压印双层胶工艺体系.此工艺利用了纳米压印技术分辨率高、效率高的优点,并且可以制备出剖面陡直、对比度高的高分辨率纳米光栅线条.最后用紫外光刻,微电镀和湿法腐蚀制作出支撑结构,获得金自支撑透射光栅.     

新型纳米加工技术的研究

新型纳米加工技术是近几年迅速发展并取得突破性进展的一种纳米制造技术,利用无机纳米材料及无机—有机纳米复合图形材料制备纳米图形化掩模,结合纳米刻蚀技术实现小于30 nm的图形结构制备。克服了传统光刻技术对尺寸的限制和电子束光刻等在设备和生产速度上的限制,为从宏观到微观纳米图形制作开辟了新途径。通过新型纳米加工技术的研究,克服了传统光刻技术对尺寸的限制和电子束光刻等在设备和生产速度上的限制,为从宏观到微观纳米图形制作开辟了新途径。     

电子束蒸发制备的ZnS薄膜的物相结构和光学性能

用电子束蒸发法在不同衬底温度下制备了厚度为100nm左右的ZnS薄膜,利用X射线衍射(XRD)、紫外—可见光分光光度计(UV-vis Spectrophotometer)研究了ZnS薄膜的晶体结构、光学性能,分析了衬底温度对ZnS薄膜结构与光学特性的影响.结果表明:不同衬底温度下制备的ZnS薄膜均具有闪锌矿结构(111)面择优取向生长的特征;衬底温度为200℃时制备的ZnS薄膜的(111)晶面衍射峰最强,半高宽最小,晶粒最大;制备的ZnS薄膜对可见光有良好的透过性,由于量子尺寸效应,电子束蒸发制备的ZnS薄膜光学带隙大于ZnS粉末的带隙.     

气相法沉积PTFE薄膜及其疏水性

分别以载玻片、陶瓷片、镀铝聚酯膜、普通白纸和Cu片为基底,聚四氟乙烯(PTFE)粉末为原料,采用电子束蒸发法沉积聚合物薄膜。对于基底载玻片和陶瓷片,采用2%H2SO4溶液刻蚀预处理后在其上沉积厚度为125nm的聚合物薄膜;Cu片用不同浓度草酸刻蚀预处理后在其上沉积厚度为62 nm的聚合物薄膜;而基底镀铝聚酯膜和白纸,直接在其上沉积不同厚度的PTFE薄膜。通过傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)、原子力显微镜(AFM)、接触角测量仪分别对薄膜的成分、表面形貌和疏水性进行表征。结果表明:经刻蚀处理后,基底表面粗糙度皆增大。载玻片由亲水性转变为疏水性,陶瓷片无明显变化,Cu片显示良好的疏水性;沉积薄膜后,载玻片表面接触角增大到138°,而陶瓷片接触角可以达到142°;在粗糙度较大的白纸表面沉积不同厚度的PTFE薄膜,膜厚对接触角具有显著影响,当膜厚为225 nm时,接触角达到151°,滞后角为8°;经0.5%草酸刻蚀的Cu片表面膜的接触角达到153°,滚动角为2°,具有良好的超疏水性。     

有序可控纳米银球阵列对a-SiN_x∶O薄膜光致发光增强的研究

采用聚苯乙烯(PS)纳米小球自组装技术结合激光退火方法制备了三种不同尺寸纳米银球阵列,研究不同尺寸纳米银球阵列对非晶掺氧氮化硅(a-SiN_x∶O)薄膜的光致发光的影响.首先,在p型硅衬底上铺有三种不同尺寸的聚苯乙烯(PS)纳米小球,再采用磁控溅射系统蒸镀银薄膜,然后用激光对该银薄膜进行处理.最后,采用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)系统在样品表面生长非晶掺氧氮化硅薄膜.实验结果表明,相比于未引入纳米银球阵列的a-SiN_x∶O薄膜,引入170nm、220nm和300nm银球阵列的a-SiN_x∶O薄膜,其光致发光强度(PL)分别增强4.6、3.1和1.3倍.样品的原子力显微镜(AFM)图像显示,纳米银颗粒呈周期性排列且尺寸可控.荧光光谱分析表明,随着纳米银球阵列尺寸的增加,薄膜的发光峰位出现了红移.通过分光光度计UV-3600对a-SiN_x∶O薄膜的消光谱进行了测量计算.为了进一步研究不同尺寸纳米银球阵列对非晶掺氧氮化硅(a-SiN_x∶O)薄膜的光致发光的影响,对其消光谱和PL谱进行了对比分析.实验证实了a-SiN_x∶O薄膜光致发光的增强来自于金属银局域表面等离激元(LSP)与a-SiN_x∶O薄膜光发射之间的耦合.     

RF磁控溅射法制备PbTe纳米薄膜

利用RF磁控溅射和真空退火方法制备了PbTe纳米薄膜.利用SEM、XRD、AFM和FTIR分别对制备的样品的表面形貌和颗粒大小、结构以及带隙宽度进行了测试.结果显示,在10 W溅射功率下制备的PbTe纳米薄膜为纳米颗粒镶嵌薄膜,在20 W功率下为PbTe颗粒膜.10 W制备的纳米颗粒的平均直径为40 nm左右,平均高度为5 nm; 20 W制备的颗粒直径为100 -400 nm,平均高度为65 nm;两个条件下制备的样品均表现出明显的<100>方向的择优取向性,并且20 W的结晶质量比10 W的好.FTIR分析显示10 W和20 W制备的薄膜的带隙宽度分别为0.340 eV和0.343 eV,都比块体带隙宽度大.     

干湿法腐蚀工艺条件下CdTe薄膜光谱研究

采用等离子束溅射轰击刻蚀和溴甲醇腐蚀对CdTe薄膜表面进行后处理.对比研究了2种腐蚀条件下CdTe薄膜的光谱特性.结果表明:等离子束溅射轰击刻蚀可以彻底清除CdTe薄膜表面的氧化层,刻蚀后的CdTe薄膜颗粒更为均匀致密,等离子体刻蚀与溴甲醇腐蚀相比,可以改善CdTe薄膜表面的粗糙度,增强薄膜的附着力,改善薄膜的性能.     

电子束辐照纳米TiO2多孔薄膜及在太阳电池中的应用

用电子束辐照了纳米TiO2多孔薄膜,并将其应用于染料敏化太阳电池,结果表明,电子束辐照可以提高太阳电池的短路电流,而开路电压基本不变.运用XRD分析了电子束辐照前后纳米TiO2多孔薄膜的晶型和晶粒度,发现电子束辐照不会造成纳米TiO2由锐钛矿相向金红石相转变,其晶粒度随电子束辐照注量的增加,存在着先增大、再减小,然后再增大的趋势.运用XPS分析了电子束辐照前后纳米TiO2多孔薄膜中Ti、O的化学状态,说明电子束辐照主要是使纳米TiO2多孔薄膜中氧充足状态的O1s逐渐减少,而不是通过Ti3+来改善太阳电池的性能.     

聚焦离子束加工微锥形结构的制造误差分析

聚焦离子束(FIB)纳米制造技术已经成为微纳米尺度功能器件加工的一种重要方法,利用聚焦离子束直写加工可实现复杂二维微纳结构的高精度制造.然而由于离子溅射产额随入射角度非线性变化规律、再沉积现象及离子束能量分布特性的综合影响,FIB在三维结构加工中会存在复杂形貌误差.针对FIB加工凹面中存在的典型平底现象这一形貌误差进行了分析和实验研究,通过仿真分析和FIB加工直径4,μm锥形凹坑结构的实验验证,阐明了聚焦离子束高斯能量分布特性与溅射产额规律耦合是产生平底现象的主要原因,为FIB三维结构加工的误差的修正提供了重要的基础和依据.     

沉积方式对HfO2薄膜激光损伤阈值的影响

分别采用电子束蒸镀、离子束辅助沉积、离子束反应辅助沉积、双离子束溅射技术制备了二氧化铪薄膜,研究了薄膜的光学特性、缺陷、残余应力、弱吸收和抗激光损伤阈值.发现离子束反应辅助沉积的二氧化铪薄膜具有低的缺陷密度和高的损伤阈值;双离子束溅射的二氧化铪薄膜具有高的折射率、高的残余应力和低的损伤阈值.对二氧化铪薄膜的损伤阈值与上述特性之间的依赖关系进行了讨论,发现残余应力是影响薄膜抗激光损伤阈值的一个重要原因.     

纳米孔银膜的制备及其在表面增强拉曼研究中的应用

采用真空热蒸镀方法制备银铜合金膜,经过热退火处理,再用去合金方法去除铜组分,从而制得多孔银膜.研究发现,醋酸是制备纳米孔银膜的优良刻蚀剂.研究了退火时间、合金比例、退火温度对薄膜结构的影响,确定了形成均匀纳米孔银膜的实验条件,并进行了表征.还研究了2-萘硫酚和4,4′-联吡啶分子在纳米孔银膜上的表面增强拉曼效应,证明这种纳米孔银膜在微量分子检测方面有应用价值.     

金纳米薄膜面向导热系数的实验研究

基于电子束物理气相沉积法制备纳米薄膜的悬浮工艺，采用一维稳态恒热流加热法实验测量了80—300K厚度为23nm金薄膜的面向导热系数．研究表明金纳米薄膜的面向导热系数有非常显著的尺寸效应：金纳米薄膜的面向导热系数大大低于体材料的值，并且导热系数随温度的升高而增大，这一趋势与体材料导热系数的温度依赖性相反；同时，金纳米薄膜的Lorenz数大约为体材料值的3倍，并且随着温度的升高有减小的趋势，表明Wiedemann-Franz定律对于金纳米薄膜不再适用．     

几种常用光学材料的离子束刻蚀特性研究

利用基于射频离子源的离子束刻蚀装置，分别以氩气、三氟甲烷为工作气体，初步研究了离子能量、束流和加速电压等条件对K9、石英、氧化硅薄膜、氧化铪薄膜这4种常用光学材料和光刻胶的离子束刻蚀特性和反应离子束刻蚀特性的影响．实验结果表明：以三氟甲烷为工作气体的反应离子束刻蚀，在较低离子能量、束流和加速电压的条件下，就可对氧化硅薄膜和氧化铪薄膜实现较高的刻蚀选择比（分别为2．5：1和1：1）．并在此基础上，研制出亚微米周期的氧化硅光栅和氧化铪光栅，其中氧化硅光栅线条的侧壁倾角大于85°；氧化铪光栅在1064nm自准直入射角下的负一级衍射效率高于95％．