基于原子力显微镜(AFM)微观电场的纳米焊接方法研究

利用碳纳米管(CNT)及石墨烯制造纳米传感器、场效应管是纳米器件的重要研究领域，如何实现碳纳米管或石墨烯在微电极上的良好固定并形成可靠电连接对纳米器件的研究和制造具有重要意义。本项目将开展一种基于原子力显微镜(AFM)微观电场的纳米焊接方法研究。主要研究内容包括：AFM电场的仿真分析；基于热蒸镀原理的具有良好焊接效果的AFM导电探针镀层加工方法；基于场蒸发原理的可重复、高精度定点纳米焊接方法和实现技术。并通过对CNTFET及石墨烯纳米器件的定点焊接实验和性能测试研究，验证本项目研究的有效性，为CNT及石墨烯等纳米材料在纳米器件制造中的固定及可靠电连接提供可行技术。

本项目针对纳米器件研制中纳米材料和金属电极间接触电阻大及缺乏良好固定的问题，开展了基于原子力显微镜(AFM)微观电场的纳米焊接方法研究，在微观尺度实现了类似宏观点焊机器人作业方式的可重复、高精度纳米焊接。通过该方法对纳米材料进行固定及焊接，有效降低了CNT场效应管器件的接触电阻，提升了器件在导电性、抗干扰等方面的性能。本项目按照研究计划进度顺利完成了各阶段的研究任务，提出了基于AFM微观电场的纳米焊接加工方法，通过在AFM导电针尖和样本间施加一定电压，利用针尖–样本间产生的局部强电场使探针尖端金属原子离子化沉积到样本上形成焊接点，实现可重复，高精度纳米焊接功能。本项目在微观电场加工理论建模分析、导电探针镀层分析加工、AFM焊接方法应用及实验验证等几个方面开展了深入的研究，成功实现了对CNTFET器件的可重复、高精度定点焊接，并通过对焊接后器件性能测试验证了该方法的有效性。相关成果发表在Journal of Nanoparticle Research、科学通报等知名期刊上。该项目共发表论文6篇，其中SCI检索2篇，EI检索5篇，申请专利3项，培养研究生5人，满足了项目的指标。本项目的研究具有创新性，为纳米器件制造提供了新的技术手段，对纳米器件的研制和加工具有重要科学和现实意义。