在本研究中，通過對目標區域的低破壞性掃描和在KOH溶液中的后蝕刻，發展了一種在石英表面產生三維納米結構的新型納米加工方法。這種納米制造方法的能力通過各種納米結構來展示，包括斜坡、分級階段和棋盤狀圖案。在不同溫度下測試掃描區域的蝕刻速率。為了制造更深層次的結構，人們嘗試在現有的納米結構上重新制作。

通過AFM在2×2μm2的面積上測量了石英晶片的均方根(RMS)粗糙度為0.15nm，整個制作過程包括兩個步驟：對目標區域的低破壞率掃描和在氫氧化鉀溶液中的選擇性蝕刻，如圖1所示。為避免表面磨損，相應的最大赫茲接觸壓力低于5.1GPa，掃描后在石英表面的掃描區域，在20重量中蝕刻%氫氧化鉀溶液，在293K的適當時間產生所需的納米結構，通過控制掃描負載和尖端痕跡，可以制造出多種納米結構。

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與傳統光刻中的連續蝕刻不同，掃描區域的選擇性蝕刻主要發生在轉折點之前，在每條曲線的轉折點之后，蝕刻速率非常低，蝕刻深度非常接近最終制造深度，結果表明，單次低損掃描和后蝕刻后存在一個臨界的制造深度，為了以低破壞性的方式產生更深層次的結構，嘗試在現有納米結構的目標區域進行重新制造。

為了進一步了解該方法的制備機理，對劃傷的石英樣品進行了XTEM觀察，以檢測掃描區域的微觀結構，在氫氧化鉀蝕刻前，TEM觀察顯示，在無磨損掃描區域下沒有明顯的變形，而在凹槽下觀察到嚴重的晶格變形，在293K下蝕刻3h后，在無磨損的掃描區域仍然沒有可見的損傷，這進一步證實了該方法為石英上的納米制造提供了一種低破壞率的方法。同時，凹槽下的變形區不能被氫氧化鉀溶液蝕刻，由于凹槽下晶格畸變的形成并沒有幫助增加蝕刻厚度，石英的選擇性蝕刻可能與掃描區域的其他結構變化有關。

由于在劃痕過程中石英表面通常發生非晶化，因此可以推測掃描/劃痕過程中的非晶化可能是導致石英表面的選擇性蝕刻的原因，為了驗證這一點，在293k下測試了大塊非晶態二氧化硅和晶體石英的蝕刻速率，在測試前，在每個樣品表面的一半上沉積了一層厚度約為300nm的金膜作為掩模層，在氫氧化鉀溶液中蝕刻4h并去除金層后，晶體石英表面的覆蓋表面和暴露表面之間沒有蝕刻差異，相比之下在非晶二氧化硅表面形成了24nm的高度，這清楚地表明，非晶化可以提高氫氧化鉀中二氧化硅的蝕刻速率。

基于上述討論，可以提出可能的制造機制如下:在氫氧化鉀溶液中，摩擦誘導非晶二氧化硅的缺陷硅網可以幫助氫氧化鉀溶質優先擴散到掃描區域，并誘導更高濃度的反應物c和大量反應物a在掃描區域之間的碰撞。根據碰撞理論，掃描區域的氫氧化鉀蝕刻取決于氫氧化鉀溶質與硅氧微觀結構之間的總碰撞數,與原始表面相比，掃描區域具有更快的蝕刻速率，并將被選擇性地蝕刻,蝕刻的深度可以由非晶化層的厚度來決定，而蝕刻的速率可以由非晶化的程度來決定。

綜上所述，提出了一種基于摩擦誘導選擇性蝕刻的新型納米制備方法，即可以在目標石英表面上按需創建三維納米結構,這種方法使納米制造比具有蝕刻掩模的光刻更容易,為了克服單一制造工藝流程中的臨界蝕刻厚度，可以在現有結構上進行再加工,在低接觸壓力下的摩擦誘導過程有助于以低破壞性的方式去除納米級材料,考慮到這些優點和潛在的應用前景，該方法可以為未來的納米制造開辟新的機會。

總之，提出了一種基于原子力顯微鏡的無掩模、低損的石英納米制備方法,通過改變加載模式和編程掃描軌跡，可以制作出各種納米結構，包括斜坡、分級階段和棋盤狀圖案。在給定的實驗條件下，掃描區域的表面在臨界接觸壓力5.1GPa以下無磨損，隨著接觸壓力的增加，掃描區域的蝕刻厚度從0上升到2.9nm,雖然蝕刻溫度的提高可以提高制造效率，但制造深度受到接觸壓力和掃描周期的控制,再制造可以實現克服臨界蝕刻厚度,透射電鏡觀察表明，畸變的形成對蝕刻厚度沒有影響。分析表明，該制備機理可能是由于石英表面摩擦誘導非晶層的選擇性蝕刻,該基于摩擦誘導選擇性蝕刻的方法將為石英納米制造提供新的機會。
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