纳米级加工和原子操的纵.pptVIP

主要内容 纳米级加工的物理实质 纳米级加工精度 SPM原子操纵 ;欲得到1nm的加工精度，其加工最小单位必然是亚纳米级的。根据原子间的距离为0,1~0.3 Nm,因此其加工试件以其表面一个原子或分子为直接加工对象，因此纳米级加工的物理实质既是切断原子间的结合，实现原子或分子的去除。;（1）尺寸精度 ;;单原子操纵 （1）原理 （2）单原子移动 （3）单原子提取 （4）单原子放置;STM的针尖不仅可以成像，还可以用于操纵表面上的原子或分子。最简单的方法是将针尖下移，使针尖顶部的原子和表面上的原子 “电子云”重叠，有的电子为双方共享，就会产生一种与化学键相似的力。在一些场合下，这种力足以操纵表面上的原子。但是，为了更为有效地操纵表面上的原子，通常在针尖和表面之间加上一定的能量，如电场蒸发，电流激励，光子激励等能量方式。 ;*;单原子操纵主要包括三个部分: 单原子移动（displacement） 单原子提取（extraction） 单原子放置（deposition） 这些技术是今后应用单原子操纵在表面上进行原子尺度的结构甚至器件加工所必须的。;利用STM进行原子表面修饰和单原子操纵，具有十分广泛的应用前景。它已经在制作单分子、单原子和单电子器件，大幅度提高信息存储量，生命科学中的物种再造以及材料科学中的新原子结构材料的研制等领域中都有很重要的应用前景。;1990年，美国 IBM公司 Eigler研究小组在超高真空和液氦温度（4.2K）条件下的STM成功地移动（displace）了吸附在 Ni（110）表面上的惰性气体Xe原子，并用 35个Xe原子排列成“IBM”三个字样。;*; 1993年，Eigler等进一步将吸附在Cu（111）表面上用48个Fe原子逐个移动并排列成一圆形量子栅栏。这个圆形量子栅栏的直径只有14.26纳米，而且，由于金属表面的自由电子被局域在栅栏内，从而形成了电子云密度分布的驻波形态。这是人类首次用原子组成具有特定功能的人工结构，它的科学意义无疑是十分重大的。与此同时，他们还在Cu(111)表面上成功地用101个Fe原子写下“原子”二个迄今为止最小的汉字。;*; 用STM也可以移动吸附在样品表面上尺度较大的分子。下图是在 Cu（111）表面上移动C60分子的一个实例。研究人员用STM针尖一个接一个地将C60分子有序地移动，其操作过程就像拨打中国的算盘珠子。不过作为算盘珠子的C60分子实在是太小了，只有 0.7nm。;*;*;*;*; STM不仅可以在电场蒸发的作用下移走表面上的单个原子，它也可以在电场蒸发的作用下将单个原子放置到表面上任意预定的位置。;（1）铅笔法：所放置的原子直接来源于STM针尖的材料； （2）蘸水笔法：先用针尖从样品上的某处提取一些原子然后再将这些吸附在针尖上的原子一个一个地放置到所需的特定的位置上去； （3）钢笔法：这种方式则是寻找一种方法将某种所需的原子源源不断地供给到STM针尖上，再源源不断地放置到样品表面上去。;*;*;*