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在本研究中，原子力顯微鏡(AFM)已被用來生成納米尺度的網(wǎng)格線，并將其轉(zhuǎn)移到感興趣的材料中，AFM誘導(dǎo)的硅局部氧化是一種具有強(qiáng)大的近端探針納米制造潛力的過程，本研究討論了蝕刻溫度、蝕刻深度和線寬之間的關(guān)系，并介紹了超聲攪拌來提高表面粗糙度和納米結(jié)構(gòu)的形貌，最后，對(duì)優(yōu)化后的納米網(wǎng)格線結(jié)構(gòu)進(jìn)行了驗(yàn)證。

所有實(shí)驗(yàn)均采用（110）取向硅片進(jìn)行，硅襯板的電阻率約為1~10歐姆-厘米，樣品的制備方法如下：標(biāo)準(zhǔn)RCA清洗，去除天然氧化物，在5%氫氟水溶液中鈍化氫，然后用SPL進(jìn)行局部氧化過程，SPL是在使用Park科學(xué)儀器(PSI)自動(dòng)探針M5原子力顯微鏡(AFM)的空氣中進(jìn)行的，使用高摻雜硅懸臂尖端(尖端半徑約為10~15nm，電阻率約為0.01~0.025ohm-cm)，尖端/樣品力保持在10nN（~0.01μm高度），尖端和樣品之間的電壓偏差產(chǎn)生電場(chǎng)，迫使電子和負(fù)移動(dòng)離子（O-）進(jìn)入樣品中。

在局部氧化后，引入取向依賴的蝕刻工藝，獲得納米級(jí)納米結(jié)構(gòu)，由于晶體平面不同，化學(xué)鍵量不同，因此（111）平面的蝕刻速率最慢，導(dǎo)致與其他晶體平面的各向異性蝕刻。在本研究中，還引入了超聲波攪拌(43kHz)，以提高蝕刻過程的表面粗糙度和均勻性。最后，利用掃描電子顯微鏡(SEM)對(duì)其表面形態(tài)進(jìn)行了表征，并進(jìn)行了納米尺度線寬的測(cè)量。

為了利用氫氧化鉀濕蝕刻系統(tǒng)對(duì)硅納米結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，研究了掃描探針光刻(SPL)的條件和氫氧化鉀蝕刻系統(tǒng)的溫度效應(yīng)，研究了掃描速度和針尖/樣品偏置對(duì)局部氧化的影響。環(huán)境濕度和恒定力保持在45±1%和10nN，在此條件下，AFM系統(tǒng)的物理模型類似于無限導(dǎo)電平面上的點(diǎn)電荷。

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圖1

圖1顯示了施加的尖端電壓變化在-6V到-10V之間的結(jié)果，掃描速度保持在1μm/sec，在圖1中，總氧化物厚度與尖端偏置成線性正比，掃描速度（曝光時(shí)間）的影響也被發(fā)現(xiàn)在尖端偏差-10V，當(dāng)掃描速度太快（即曝光時(shí)間過短）時(shí)，氧化物的厚度非常接近于尖端偏置-9V。

圖3顯示，氧化物的厚度是由掃描速度確定的,尖端的偏差等于-8v，在圖3中，隨著掃描速度的增加，氧化物的厚度呈指數(shù)衰減，為了獲得納米結(jié)構(gòu)的最佳長(zhǎng)寬比，以下ODE過程的氧化物厚度為3nm，從圖1和圖3的結(jié)果來看，-8V的尖端偏置和1μm/sec的掃描速度是生成這種氧化物模式的最佳條件。

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圖3

傳統(tǒng)的氫氧化鉀蝕刻系統(tǒng)包括攪拌機(jī)、加熱器和熱電偶，由于該反應(yīng)物不能有效地從蝕刻表面轉(zhuǎn)移出來，因此這些儀器不適合進(jìn)行納米尺度的蝕刻過程。當(dāng)采用傳統(tǒng)的氫氧化鉀蝕刻系統(tǒng)時(shí)，隨著線/空間圖案變小，表面粗糙度和形貌變差，當(dāng)網(wǎng)格線間距較大（約1μm）時(shí)，表面粗糙度不明顯，當(dāng)螺距縮小到0.6μm時(shí)，表面粗糙度和形貌變差，為了減少粗糙度的增加和形態(tài)學(xué)的惡化，由于反應(yīng)物可以有效地改善表面，表面粗糙度和形貌，表面粗糙度和形貌得到改善。

根據(jù)SPL條件和濕氫氧化鉀蝕刻參數(shù)的控制，高191.2nm、寬19.69nm（長(zhǎng)寬比10：1的納米線），我們已經(jīng)成功地將掃描探針光刻(SPL)和氫氧化鉀濕取向依賴的蝕刻集成在納米制造中，我們還證明了改進(jìn)的氫氧化鉀蝕刻系統(tǒng)為納米尺度結(jié)構(gòu)提供了較高的蝕刻性能，制備了臨界尺寸(CD)可達(dá)20nm，長(zhǎng)寬比可達(dá)10：1的納米結(jié)構(gòu)。人們認(rèn)為，使用SPL和ODE工藝可以廣泛應(yīng)用于納米制造，納米器件，納米機(jī)電系統(tǒng)(NEMS)，甚至在生物技術(shù)中的應(yīng)用。