科研进展

《Nano Letters》发表史志文课题组成果:一种新型无电极局域阳极氧化纳米刻蚀技术

近日,纳米科学权威杂志《Nano Letters》刊发了上海交大物理与天文学院史志文课题组题为“Electrode-free anodic oxidation nanolithography of low-dimensional materials”的文章,报道了其最新发展的基于原子力显微镜的无电极局域阳极氧化纳米刻蚀技术。

纳米刻蚀技加工广泛应用于各种功能纳米器件的制备。与传统的光刻或电子束曝光刻蚀相比,基于各种物理/化学原理的扫描探针刻蚀技术具有更简单更灵活的优势,而其中最为可靠且用途广的是局域阳极氧化刻蚀技术。局域阳极氧化技术通过在原子力显微镜针尖和样品之间施加直流电压吸引空气中水分子形成纳米尺度电化学反应池进而引发纳米尺度的电化学反应来实现纳米刻蚀。使用传统局域阳极氧化刻蚀技术,需要先将一个电极连接在被刻蚀样品上。对于小尺度纳米材料,制备微小连接电极步骤较为繁琐,需要用到微纳曝光结合电极蒸镀等微纳加工手段。因此,传统局域阳极氧化刻蚀技术一直无法被广泛应用。

 

为了解决该问题,史志文课题组发展出一种基于高频交流电的无电极局域阳极氧化刻蚀技术。该技术通过电容耦合效应,在没有电极连接在被刻蚀样品的情况下成功将高频交流电施加在目标样品上。而取消使用微小连接电极将给局域阳极氧化技术在低维纳米材料刻蚀的应用上带来实质性的突破:一方面极大简化了刻蚀所需步骤;另一方面其通过电容耦合也使得刻蚀绝缘材料(如六方氮化硼)成为可能,这是传统局域阳极氧化无法实现的。此外,高频交流驱动电压的应用使刻蚀质量大幅提升。实验结果显示刻蚀得到的石墨烯边缘质量与直接解离得到的石墨烯自然边缘质量相当。研究人员运用此技术获得了最小宽度为10nm的石墨烯纳米带以及宽度为20nm的均匀石墨烯纳米带阵列。此研究发现极大提升了局域阳极氧化技术在实际应用中的竞争力和潜力。

该研究项目得到了科技部重点研发计划(2016YFA0302001)、国家自然科学基金(11574204, 11774224),以及国家青年千人计划、上海市千人计划、上海市东方学者奖励计划的资助。

论文链接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.8b04166