等离子体环境下模板制备纳米点阵的理论研究

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本论文主要理论研究了在低温等离子体环境下,利用各种纳米结构模板,通过沉积以及刻蚀的方法,制备金属以及介质纳米结构过程中各实验参数对最终结果的影响。研究的主要内容以及对应成果集中于以下三大方面: (1) 这部分工作主要是理论研究了在低温等离子体环境下(拥有基本典型的电子温度以及等离子体密度),利用纳米孔洞模板,在高掺杂硅衬底上沉积金纳米点阵的过程。 通过理论计算在等离子体鞘层、纳米孔洞附近以及纳米孔洞中的离子轨迹,我们能够得到相应的三维离子流分布。结果显示,通过调节电子温度,外加偏压以及纳米孔洞模板的结构,人们可以有效地控制离子流,并最终增强离子沉积到孔洞底面的概率,减小离子到达孔洞侧壁的概率以防止孔洞的最终堵塞。 (2) 这部分工作阐述了利用纳米孔洞模板等离子体沉积介质材料过程的理论模拟工作。当离子离开等离子体进入鞘层时,我们加入了麦克斯韦分布来计算离子的初识速度。 结果表明电子温度以及纳米孔洞结构能够有效改变离子的沉积率。同时,我们发现同样利用模板在等离子体环境下沉积金属材料以及非金属的结果是相当不同的。人们需要采用其它一些新颖的等离子体制备纳米结构技术来使得外加偏压以及鞘层内部微电场的控制作用变得明显。 (3) 这部分工作研究了利用自组装单层纳米球珠模板,在等离子体环境下刻蚀制备介质纳米结构的过程中的微观离子流分布。结果显示到达底部以及球珠模板上的离子可以被纳米球珠的尺寸、等离子体参数以及外加衬底偏压所有效控制。通过适当地调节各类参数,离子流可以被聚焦于那些未被纳米球珠所覆盖的区域。在特定的条件下,离子流分布可以显现出复杂的六边形对称规律,从而可以刻蚀出拥有相当不同形貌特征的纳米结构。 从本论文的工作结果来看,我们可以通过理论模拟的方法了解各个实验参数在等离子体中,对离子运动轨迹的作用,以及对最终制备所得的纳米结构在形貌上的影响。因此,人们可以通过研究了解各等离子体参数以及模板结构,可否最终有效地控制整个纳米材料的制备过程。
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