一种带有微结构的原子级平整器件

本新型涉及微纳米加工技术领域，具体涉及一种带有微结构的原子级平整器件及其制备方法。

背景技术：

随着当今技术的不断进步，原子级平整表面的应用越来越广泛，如计算机磁头、磁盘、集成电路芯片等，原子级平整表面即是指表面没有超过原子层级别的台阶的表面，原子级光滑表面具有很多优良的性质，其极低的起伏能够实现非常精准的控制。

与此同时，随着技术的发展和人类的需求，器件的小型化成为了一个发展趋势。随着器件越来越小，摩擦和磨损带来的损耗也越来越重要；如微马达，世界上第一个微马达制作出来后，只运行了1分钟左右就因磨损而失效。另一方面，如何给小型化的器件供能也是一个重要的研究方向。现有的小型发电机，如摩擦纳米发电机等，由于其内在机理的限制，必然会导致摩擦磨损，进而缩短了使用寿命，同时其能量损耗也限制了发电机的输出功率。如果将超滑技术应用到微型发电机上，由于超滑无磨损、极低摩擦的特性，会大大地提高发电机的使用寿命和输出功率。

电容式超滑发电机是利用电容发电原理，结合超滑特性的新型微发电机。从理论的计算来看，其发电效率非常高，电流密度至少为现有微发电机最高密度的100倍，而且使用寿命特别长，是一款具有极大优势的未来微发电机。为了实现电容式超滑发电机，必须要制备带有微结构的大面积原子级平整表面。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本新型提供了一种带有微结构的原子级平整器件，由下至上包括基底、粘结材料、位于基底上的第二介质层、微结构、第一介质层，其中第一介质层表面为原子级光滑表面，直径为1-100um，膜下具有微结构；微结构与第一介质层、第二介质层为异质材料，且微结构与介质层间不能发生反应；该原子级平整器件边缘无毛刺、内部至少在10×10um²的范围内无毛刺或凹坑。

具体来说，通过以下方案实现本新型的发明目的，

提供一种带有微结构的原子级平整器件，所述器件包括基底、微结构和介质层，其特征在于，所述介质层的厚度为2-100nm，所述介质层的表面为原子级光滑表面。

进一步的，所述介质层优选为绝缘层，优选为氧化硅层。

进一步的，所述微结构为金属电极，优选为au、cu、ag。

进一步的，金属电极厚度为10-150nm，优选为20-50nm。

进一步的，所述基底选自si、sic、soi、蓝宝石、云母、石墨烯、二硫化钼之一或其组合。

进一步的，所述原子级平整膜直径为1μm～100μm。

本新型利用了二维材料表面的原子级平整性，即二维材料(如石墨烯)可以有多大的平整表面，与之相对的生长上去的第一介质层就有多大的平整表面，因此有广泛的普适性。

附图说明

图1示出本新型的膜下带有微结构原子级平整器件。

图2示出本新型的膜下带有微结构原子级平整器件的制备工艺步骤。

图3示出本新型制备膜下带有微结构的原子级平整器件的流程框图。

图4示出现有工艺制备带有微结构器件的流程框图。

图5为现有刻蚀法制备原子级平整器件产生毛刺、凹坑示意图。

图6示出现有刻蚀法得到的器件表面afm扫描截面图。

附图标记

1、基底，2、粘结材料，3、第二介质层，4、微结构，5、第一介质层

具体实施方式

实施例：制备膜下带有金属电极的原子级平整器件

图1所示的结构即为本实施例中的带有金属电极的原子级平整器件，该器件由下至上包括蓝宝石基底、紫外固化胶、位于基底上的第二氧化硅层、按应用需求排布的au电极、第一氧化硅层，其中第一氧化硅层表面为原子级光滑表面，直径为1-100um，第一氧化层下的au电极阵列与第一、第二氧化硅层间不发生反应；该原子级平整器件边缘无毛刺、内部至少在10um×10um的范围内无凸起或凹坑。

下面结合图2、3描述本新型的实施例的器件的制备方法，以氧化硅作为绝缘介质材料，au作为金属电极，紫外固化胶作为粘结剂，蓝宝石作为基底为例。如图2所示，首先将hopg解离，得到新的平整表面；然后在新的表面上低温生长一层100nm厚的第一介质层-氧化硅；再在氧化硅上做电容式超滑发电机的金属极板，如6×6×0.2μm³的au电极阵列，电极间距6μm；之后再低温生长500nm厚的第二介质层氧化硅，使之能够完全覆盖au电极阵列；然后再滴一滴紫外固化胶到第二介质层氧化硅表面，并用匀胶机匀胶，使胶水厚度约为100μm；之后用一块大小与hopg相当的1mm厚的蓝宝石薄片盖到紫外固化胶上，并利用紫外灯照射使二者粘接，照射1min后，紫外固化胶固化；由于hopg是层状材料，层间解离能较低，所以利用机械剥离的方法解离hopg和蓝宝石时，紫外固化胶、第二介质层氧化硅、au电极、第一介质层氧化硅薄膜以及部分hopg会保留在蓝宝石上；最后，利用o^2--plasma轰击蓝宝石上残留的hopg，轰击时间视残留hopg厚度而定。而o^2-并不会跟氧化硅反应，所以将hopg去除后，即可得到膜下带有金属电极的大面积原子级平整器件。在原子力显微镜下观察该器件表面为原子级光滑平整。

本新型制备获得膜下具有微结构的、大面积原子级光滑平整的器件，直径可达100um。制备方法简单便捷，能够有效的避免传统微结构加工过程中产生的凹坑或者毛刺。由于可对异质结构表面不采用抛光工艺，从而避免为获得超滑平整表面而使用超高要求的抛光设备和加工技术，具有广泛适用性。

对比例:现有刻蚀法制备带有金属电极的器件

下面结合图4、图5、图6描述本新型的对比例的制备方法及其效果，以氧化硅基底，au电极为例。图4示出现有工艺制备带有微结构器件的流程框图。首先在氧化硅基底上旋涂一层光刻胶，然后利用掩膜版对涂有光刻胶的基底曝光，之后利用显影液将被曝光的光刻胶洗掉，形成后续金属电极的图案；然后再进行光刻，将氧化硅基底上金属电极图案的氧化硅去掉，即预刻蚀出空位的金属电极图案；然后在空位的氧化硅基底上蒸镀au，蒸镀的厚度与刻蚀的厚度大致相同；之后再进行剥离，即用丙酮等溶液与光刻胶反应，去除掉光刻胶以及光刻胶上蒸镀的au；然后再在基底上生长一层绝缘层氧化硅，使之覆盖au以及氧化硅。

图5为现有刻蚀法制备原子级平整器件产生毛刺、凹坑示意图。由于生长的氧化硅对au和氧化硅基底的吸附性不同，生长的氧化硅在二者上的生长速率也不同，导致au与氧化硅基底的交界处总是有一些毛刺或者凹坑而不平整，如图6所示，起伏大约有几十纳米，致使最终具有微结构的器件表面尤其是在边缘处无法形成原子级平整的表面。也就是说，该异质材料层本身难以达到原子级平整的要求，也就难以实现膜下具有微结构的原子级平整器件。因此，从现有普遍的工艺手段来看，难以解决上述几十纳米的凸起或毛刺，不能符合原子级平整表面的要求。

以上所述仅为本新型的较佳实施方式，本新型的保护范围并不以上述实施方式为限，但凡本领域普通技术人员根据本新型所揭示内容所作的等效修饰或变化，皆应纳入权利要求书中记载的保护范围内。