機械可控裂結法芯片的制作及其材料力學理論模擬.pdf

1、當“自下而上”途徑組裝器件的理念被提出后，美國科學家費曼繼而提出小尺度上的操作和控制物質材料，這兩個理念引導下產(chǎn)生的分子電子學成為備受人們關注的交叉性學科。過去的六十年里，分子電子學獲得了飛速的發(fā)展，尤其是世紀之交的十年可謂是“分子電子學的黃金十年”，科學家們接連得到單原子、單分子尺度上的物理化學性質并付諸應用。然而，分子電子學研究的基本結構單元仍是金屬/分子/金屬結，而其構筑方法的不穩(wěn)定性和表征手段不重現(xiàn)及單一性仍然是分子結的構筑和表

2、征研究中面臨的主要困境。
　　本論文工作以構筑穩(wěn)定分子結為目標，結合機械可控裂結法(MCBJ，Mechanically Controllable Break Junction)的原理，設計并搭建一套能夠用于研究工作的可靠設備，在深入分析該方法的力學原理和結構特點基礎上，結合微納加工技術，采用電子束曝光技術制備合適的實驗芯片?；趯嶒灲Y果，回溯MCBJ實驗的材料力學原理，獲得基本力學參數(shù)的公式，并提出特殊的彎曲梁模型。同時，從發(fā)展表

3、征手段出發(fā)，參與設計并搭建一套可以同步表征分子結電學性質和譜學性質的大型測量系統(tǒng)。本論文工作的主要研究內容和成果如下:
　　1、設計和發(fā)展一套利用微納加工技術制備具有懸空結構納米電極微芯片的方法。通過光學曝光技術制作宏觀金屬結構以及微米級金屬電極對間隔，聯(lián)用電子束曝光技術，在微米級金屬電極對間隔上套刻制作納米金屬電極，并利用聚酰亞胺(PI)犧牲層和反應離子刻蝕工藝，使納米電極形成懸空的應力集中結構。
　　2、為彌補硅基底彈性

4、形變范圍有限且容易破裂的缺點，成功引入金屬柔性基底磷青銅(Phosphorus Bronze)和彈簧鋼(Spring Steel)到制備工藝中，其中涉及金屬基底的表面平整、拋光以及絕緣等方法和技術。制得能夠寬范圍彈性形變且不易碎裂的MCBJ芯片，所能調控的納米間隔也極大增大，由此可滿足較大尺寸分子的測量需要。
　　3、基于本課題組的MCBJ設備，結合芯片制作工藝的改進，設計并改進MCBJ裝置。在完成常溫、常壓下MCBJ裝置的搭建工

5、作后，參與超高真空低溫機械可控裂結-表面增強拉曼光譜（UHV-LT-MCBJ-SERS）系統(tǒng)的設計搭建工作，驗證系統(tǒng)超高真空的獲得，設計并搭建環(huán)境溫度控制模塊，實現(xiàn)液氮溫度到室溫的均勻、穩(wěn)定控制。
　　4、深入分析機械可控裂結法中的材料力學原理，從設計思路上確立制作應力集中結構的必要性，結合自主搭建的MCBJ裝置構造和微芯片上納米電極的精細結構，建立更符合實際的衰減系數(shù)理論計算模型，推導出MCBJ方法中各個重要的材料力學參數(shù)，并推