一种线形结构侧向电极制备的定位方法

1.本发明属于先进制造技术领域，涉及一种线形结构侧向电极制备的定位方法。


背景技术：

2.微纳线形结构因具有高延展性、大比表面积等突出性能，在生物医疗、组织工程、新能源、微纳传感器、柔性显示等多个领域得到了广泛的应用。微纳线形结构要实现功能化，微纳线形结构上的电极至关重要。例如，阵列线性结构两端电极、阵列线性结构表面电极。这些微纳线形结构电极的制备装置发挥了重要的作用。
3.磁控溅射、蒸镀等方法制备金属电极灵活可控、制备周期短、靶材选择范围广，制备出的电极厚度均匀、致密性高、易于掺杂改性，因此被大量应用。磁控溅射、蒸镀等方法多适用于大面积电极的制备，针对特殊结构、特殊尺寸的电极，需要借助特定的辅助装置。
4.采用上述方法制备微纳线形结构侧向电极，同样需要借助辅助装置，掩模版辅助是可行思路，然而，线形结构与掩模版的位置关系是制备侧向电极的关键，不仅影响侧向电极的尺寸，还影响侧向电极的均匀性及一致性。目前，微纳结构的转移与定位多采用昂贵的微操作平台或原子力显微镜，将面临步骤复杂、周期长等难题。


技术实现要素：

5.本发明为了克服上述挑战，发明了一种线形结构侧向电极制备的定位方法。利用光沿直线传播原理，借助双光源调整线形结构与掩模的位置，实现线形结构与掩模缝隙中心对称。首先负压吸附转移线形结构至掩模缝隙周围，打开双光源，并借助定位挡板、微位移平台、探针不断移动线形结构，通过底部光线明暗度判断线形结构在掩模上的位置，最终实现线形结构在掩模缝隙上的定位。
6.本发明采用的技术方案是：
7.一种线形结构侧向电极制备的定位方法，其采用一种线形结构侧向电极制备的定位装置进行实施，其特征在于：所述的定位装置包括水平台、底部光源、掩模、掩模缝隙、透明载物台、定位挡板、微位移平台、探针、摆臂、线形结构、移线吸口、移线腔体、移线位移平台、显微镜和顶部光源；
8.所述的水平台上方固定有透明载物台；所述的掩模放置在透明载物台，掩模上加工有尺寸可调的掩模缝隙；所述的定位挡板固定在透明载物台上方，对称分布在掩模两侧，起到限位掩模的作用；所述的微位移平台固定在定位挡板上，对称分布在掩模两侧，微位移平台的横梁上安装有摆臂，摆臂下方固定有探针，微位移平台可以结合摆臂的运动，实现探针在空间内的微运动；
9.所述的移线位移平台横梁上安装有移线腔体；所述的移线腔体与气体控制系统相连，可实现腔体内气压的变化；所述的移线吸口密封连接在移线腔体最下方，移线吸口的尺寸与线形结构的材质、直径匹配；利用移线腔体内气压的变化，吸附并转移线形结构至掩模上方；
10.所述的底部光源位于透明载物台的下方，底部光源产生的光线透过透明载物台并穿过掩模缝隙；所述的显微镜位于最上端，用于观测记录掩模缝隙内的光线强度、探针与线形结构的位置关系；所述的顶部光源位于显微镜的一侧；所述的线形结构的直径大于掩模缝隙的宽度；所述的移线腔体内压强、移线吸口的尺寸由线形结构的材料、力学特性和尺寸决定，可以在线调整；所述的线形结构的直径始终大于掩模缝隙的宽度，线形结构上电极尺寸与掩模缝隙的尺寸相同，且掩模缝隙的宽度可以在线调整；线形结构上电极个数由线形结构直径及掩模缝隙的宽度共同决定。
11.线形结构侧向电极制备的定位方法的具体步骤如下：
12.第一步，线形结构的转移
13.首先，利用微纳加工工艺制备出线形结构，利用外部气体控制系统，调节移线腔体内气压，使其小于标准大气压；根据线形结构的材质、直径调节移线吸口的尺寸，并校核移线腔体内气压，使移线吸口具有吸附功能；利用移线位移平台的微运动，移动移线吸口至线形结构上方，借助移线吸口的负压吸附力，将线形结构吸起，并利用移线位移平台的移动将线形结构放置掩模上；掩模两侧的定位挡板阻挡线形结构及掩模的位置移动；
14.第二步，线形结构与掩模缝隙的位置调整
15.打开底部光源，底部光源发出的光依次穿过透明载物台、掩模缝隙；打开顶部光源，为显微镜提供光照，借助显微镜观察线形结构在掩模的位置，并观察探针与线形结构的位置；利用微位移平台与摆臂的配合，使探针接触线形结构，并不断推动线形结构向掩模缝隙中心处移动；在移动线形结构的同时，借助显微镜观察掩模缝隙内光线的强弱，当掩模缝隙无底部光源光线穿过时，线形结构的中心与掩模缝隙的中心完全重合，停止探针移动；
16.第三步，线形结构的电极制备
17.线形结构的中心与掩模缝隙的中心完全重合后，将线形结构与掩模缝隙的位置固定；线形结构的直径大于掩模缝隙的宽度，电极材料仅可穿过掩模缝隙沉积到线形结构上，被掩模挡住的电极材料不会到达线形结构上，此时，线形结构上会形成一条与掩模缝隙等尺寸的电极；接着，将线形结构从掩模上取下，并将线形结构转动一定角度，并重复上述步骤，可以在线形结构上制备出多条与掩模缝隙等尺寸的电极。
18.本发明的有益效果为：一种线形结构侧向电极制备的定位方法，利用光沿直线传播原理，借助双光源调整线形结构与掩模的位置，实现线形结构与掩模缝隙中心对称。首先负压吸附转移线形结构至掩模缝隙周围，打开双光源，并借助定位挡板、微位移平台、探针不断移动线形结构，通过底部光线明暗度判断线形结构在掩模上的位置，最终实现线形结构在掩模缝隙上的定位。此线形结构侧向电极制备的定位方法，通过光线明暗度，控制线形结构在掩模上的位置，实现线形结构制备侧向电极时在掩模上位置的定位，实现不同尺寸、不同数量线形结构侧向电极的制备，该方法易于实现、定位周期短。
附图说明：
19.图1是本发明实施例中的制备线形结构侧向电极的定位装置示意图。
20.图2是本发明实施例中线形结构定位过程的示意图。
21.图3是本发明实施例中线形结构与掩模缝隙的示意图。
22.图中：1包括水平台、2底部光源、3掩模、4掩模缝隙、5透明载物台、6定位挡板、微7
位移平台、8探针、9摆臂、10线形结构、11移线吸口、12移线腔体、13移线位移平台、14显微镜、15顶部光源。
具体实施方式
23.以下结合技术方案和附图详细说明本发明的具体实施方式。参见图1至图3。
24.本实施例公开了一种线形结构侧向电极制备的定位方法，其采用一种线形结构侧向电极制备的定位装置进行实施，其特征在于：包括水平台1、底部光源2、掩模3、掩模缝隙4、透明载物台5、定位挡板6、微位移平台7、探针8、摆臂9、线形结构10、移线吸口11、移线腔体12、移线位移平台13、显微镜14和顶部光源15；
25.具体地讲，在本实施例中，所述的水平台1上方固定有pmma材质的透明载物台5；所述的掩模3放置在透明载物台5，掩模3上加工有尺寸可调的掩模缝隙4，掩模缝隙4为100nm-0.2mm；所述的定位挡板6固定在透明载物台5上方，对称分布在掩模3两侧，起到限位掩模3的作用；所述的微位移平台7定位精度为100nm-0.02mm，固定在定位挡板6上，对称分布在掩模3两侧，微位移平台7的横梁上安装有摆臂9，摆臂9下方固定有探针8，微位移平台7可以结合摆臂9的运动，实现探针8在空间内的微运动；
26.具体地讲，在本实施例中，所述的移线位移平台13横梁上安装有移线腔体12；所述的移线腔体12与气体控制系统相连，可实现腔体内气压的变化；所述的移线吸口11密封连接在移线腔体12最下方，移线吸口11直径为100nm-0.2mm，移线吸口11的尺寸与线形结构10的材质、直径匹配；利用移线腔体12内气压的变化，吸附并转移线形结构10至掩模3上方；
27.具体地讲，在本实施例中，所述的底部光源2位于透明载物台5的下方，底部光源2产生的光线透过透明载物台5并穿过掩模缝隙4；所述的显微镜14位于最上端，用于观测记录掩模缝隙4内的光线强度、探针8与线形结构10的位置关系；所述的顶部光源15位于显微镜14的一侧；所述的线形结构10的直径大于掩模缝隙4的宽度；
28.具体地讲，在本实施例中，线形结构侧向电极制备的定位方法的具体步骤如下：
29.第一步，线形结构的转移
30.首先，利用微纳加工工艺制备出线形结构10，利用外部气体控制系统，调节移线腔体12内气压，使其小于标准大气压；根据线形结构10的材质、直径调节移线吸口11的尺寸，调节移线腔体12内气压，气压值为5
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103pa；利用移线位移平台13的微运动，移动移线吸口11至线形结构10上方，借助移线吸口11的负压吸附力，将线形结构10吸起，并利用移线位移平台13的移动将线形结构10放置掩模3上；掩模3两侧的定位挡板6阻挡线形结构10及掩模3的位置移动；
31.第二步，线形结构与掩模缝隙的位置调整
32.打开底部光源2，底部光源2发出的光依次穿过透明载物台5、掩模缝隙4；打开顶部光源15，为显微镜14提供光照，借助显微镜14观察线形结构10在掩模3的位置，并观察探针8与线形结构10的位置；利用微位移平台7与摆臂9的配合，使探针8接触线形结构10，并不断推动线形结构10向掩模缝隙4中心处移动；在移动线形结构10的同时，借助显微镜14观察掩模缝隙4内光线的强弱，当掩模缝隙4无底部光源2光线穿过时，线形结构10的中心与掩模缝隙4的中心完全重合，停止探针8移动；
33.第三步，线形结构的电极制备
34.线形结构10的中心与掩模缝隙4的中心完全重合后，掩模缝隙4的尺寸为30nm-0.18mm，将线形结构10与掩模缝隙4的位置固定；线形结构10的直径大于掩模缝隙4的宽度，电极材料仅可穿过掩模缝隙4沉积到线形结构10上，被掩模3挡住的电极材料不会到达线形结构10上，此时，线形结构10上会形成一条与掩模缝隙4等尺寸的电极，电极尺寸为30nm-0.18mm；接着，将线形结构10从掩模3上取下，并将线形结构10转动一定角度，并重复上述步骤，可以在线形结构10上制备出多条与掩模缝隙4等尺寸的电极。