扫描探针显微镜在纳米加工中的应用

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1、第"!卷分析化学（@N’MOIP?MPN）评述与进展第C期$##"年C月HD/.4+4Q(;2.-<(>?.-<6:/,-

2、，应用，评述!引言扫描探针显微镜（+,-../.012(345/,2(+,(16，简称为789）技术如扫描隧道显微镜（+,-../.0:;..4(2,45/,2(+,(16，简称为?@9），作为一种高分辨的表［"AB］面分析工具，不但能对物质表面形貌进行原子、分子级观测，而且能够对单个分子、原子、纳米粒子［*AC］进行可控操作，这极大推动了789在纳米加工中的应用。本文将对789在纳米加工中的两个主要领域的应用情况进行介绍：一是通过扫描探针刻蚀技术（+,-../.012(3

3、4%-++453<4F5(.(<-642+，简称为7?9+）的纳米图案化；二是用“蘸写笔”（F/1%14.，简称为G8’）技术把“墨水”写到“纸”上，从而在基底上形成纳米图案。"#$%对#&’(的纳米图案化E/;等用原子力显微镜对自组装在?（;!!!）面上的HI（"HI$）*7I和HI（"HI$）!$7I单层膜进行研究时发现：当施加在针尖上的成像力增大时，靠化学力吸附在?;上的硫醇分子将发生位移，而当施加在［!#］针尖上的成像力减小时，发生位移的分子又回到原来位置，这也就意味着可通过控制施加在?@

4、9针尖上成像力的大小来实现对分子的操纵。一方面，我们要获得高分辨的分子图像，这要求施加在?@9［"］［!!］针尖上的成像力必须控制在极小值，否则将引起7?9+的形变甚至破坏其结构，另一方面，要施加较大的成像力才能移动吸附在基底上的分子。这就决定了用?@9对7?9+进行图案化时涉及到"个步骤：（!）对待图案化区域在施加较小成像力的情况下进行成像；（$）在施加较大成像力的情况下对选定区域进行分子操纵，实现图案化；（"）减小施加在针尖上的成像力对图案化结果进行成像。据此原理E/;小组首次运用“纳米修剪（.-.(+D-J/.0）”技术（图!）和“纳米移植（.-.(0

5、2->:/.0）”技术（图$）通过?@9成功［!$A!&］地实现了对7?9+的图案化。这两种技术的差别在于：纳米修剪只是把特定区域的7?9“+修剪”掉，从而使基底裸露出来，而纳米移植则伴随有其它分子在裸露区域的吸附。操作在真空或大气环境下［!BA$#］的?@9对硅烷单层膜纳米图案化的工作也在大量进行着。9-K(等利用导电的?@9针尖在大气环境下实现了对在硅片上的以乙烯基为端基的硅烷类物质的7?9+的纳米图案化操作，乙烯基被局部［$!］电化学氧化，但同时7?9+的有序性及结构完整性仍然保持。在随后的工作中，9-K(等又以在硅片上LL的以巯基为端基的7?9+为模

6、板，然后吸附上?0，最后用导电的?@9针尖对?0进行选择性还原，借［$$］此实现了银的纳米图案化。M/-(等发现，在云母表面的硅烷类物质的自组装膜也能用.-.(+D-J/.0方式进行图案化，但存在这样一个问题：由于硅烷类物质与云母表面的作用力较弱，硅烷分子容易移到更$##$%#&%$!收稿；$##"%#!%#"接受本文系国家自然科学基金资助项目（’()$#$*&#"*）!!<$分析化学第?!卷图!纳米修剪过程示意图（"）和对#!$%&"’!进行纳米修剪所得图案的形貌图（(）)*+,!%-./012*-3*1+410562./745-/885691958.1:

7、*9+（"）1932575+417.*-*01+/8562./7122/49856#!$%&"’!5;21*9/3’8*9+91958.1:*9+（(）图<纳米移植过程示意图（"）和在#!$%=环境中对>=#<%=&"’!进行纳米移植所锝图案的形貌图（(）)*+,<%-./012*-3*1+410562./745-/88569195+4162*9+（"）1932575+417.*-*01+/8562./7122/49856>=#<%=&"’!5;21*9/3’8*9+9195+4162*9+*92./74/8/9-/56#!$%=（(）［

8、黏附在针尖上，从而导致操作过程不具可逆性。#14@8