[發(fā)明專(zhuān)利]基于納米掩膜制備技術(shù)的電化學(xué)制備納米陣列結(jié)構(gòu)材料方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910067044.5
• 申請(qǐng)日: 2009-06-03
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101560663A
• 公開(kāi)（公告）日: 2009-10-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 翁占坤;邵金山;陳光;趙新樂(lè);宋正勛;王作斌
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 長(zhǎng)春理工大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): C23F1/02
• 分類(lèi)號(hào): C23F1/02;H01L21/308;H01L21/32;H01L21/467;H01L21/475
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技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及的是一種納米陣列結(jié)構(gòu)制備方法，特別是一種基于納米掩膜技術(shù)的電化學(xué)制備納米陣列結(jié)構(gòu)方法。用于納米光電子制造技術(shù)和光子晶體材料及器件領(lǐng)域。

技術(shù)背景

在本世紀(jì)，新型高性能材料、器件與系統(tǒng)將依賴于納米技術(shù)的發(fā)展。利用納米技術(shù)對(duì)實(shí)現(xiàn)高性能器件，如高靈敏度傳感器、高集成密度納米器件等具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義和社會(huì)影響。但由于傳統(tǒng)光刻技術(shù)受自身光學(xué)衍射等方面的限制，很難使圖形尺寸接近100納米，甚至幾十納米。近年來(lái)，原子力納米加工、激光干涉刻蝕和新一代光刻技術(shù)如：極紫外(EUV)、X射線、電子束投影和離子束投影等納米加工技術(shù)已被廣泛開(kāi)展，但是，這些技術(shù)均存在刻蝕設(shè)備非常昂貴的問(wèn)題，投入成本較高，且有的設(shè)備刻蝕速度慢，且刻蝕需在真空條件下完成，難以滿足工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模化要求。

經(jīng)文獻(xiàn)檢索，發(fā)現(xiàn)2003年Kuo?C-W等(Advanced?Materials，2003，15：1065；J.Phys.Chem.B2003，107，9950)報(bào)道了旋涂聚苯乙烯微球掩膜，并沉積Cr膜，然后通過(guò)CH2Cl2溶液去除聚苯乙烯，通過(guò)離子束刻蝕，獲得了柱狀納米硅陣列的結(jié)果。相關(guān)的中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利，1，專(zhuān)利號(hào)為02136120.7、授權(quán)公開(kāi)號(hào)為CN?1391264A，名稱(chēng)為“一種基于自組織的納米顆粒圖案的光刻方法”，2，專(zhuān)利號(hào)200410054208.8、授權(quán)公開(kāi)號(hào)為CN?1606137A，名稱(chēng)為“基于納米材料排布的納米刻蝕方法”。以上文獻(xiàn)和專(zhuān)利中的刻蝕技術(shù)均采用離子束刻蝕技術(shù)，由于離子束刻蝕存在設(shè)備昂貴，刻蝕速度較慢等不足，從而限制了其工業(yè)規(guī)模化的發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種基于納米掩膜的電化學(xué)刻蝕制備納米陣列結(jié)構(gòu)的方法。其主要是利用尺度為幾十～幾百的納米材料，通過(guò)自組裝、旋涂、自然蒸發(fā)、垂直提拉或LB膜技術(shù)等工藝在材料表面形成納米陣列掩膜，并在此基礎(chǔ)上采用電化學(xué)刻蝕方法實(shí)現(xiàn)納米圖案的制備。由于尺度為幾十～幾百的納米材料的制備工藝較為成熟，且克服傳統(tǒng)光刻技術(shù)和新一代光刻技術(shù)的不足，同時(shí)所采用掩膜技術(shù)既可以實(shí)現(xiàn)納米多孔結(jié)構(gòu)，又可以實(shí)現(xiàn)納米柱狀陣列結(jié)構(gòu)，所采用的電化學(xué)刻蝕技術(shù)存在設(shè)備廉價(jià)、工藝簡(jiǎn)單、高效且能在大氣環(huán)境下進(jìn)行等優(yōu)點(diǎn)，不僅簡(jiǎn)化了工藝，而且提高了制備效率。本發(fā)明具有設(shè)備廉價(jià)、工藝簡(jiǎn)單、高效和可在大氣環(huán)境下進(jìn)行等特點(diǎn)，且可實(shí)現(xiàn)圖形的可控性。可在不同導(dǎo)電的襯底材料上實(shí)現(xiàn)納米圖案制備。為大規(guī)模、高效、低成本實(shí)現(xiàn)有序納米陣列結(jié)構(gòu)材料提供了一種技術(shù)方案。

本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)，具體步驟如下：

一種基于納米掩膜制備技術(shù)的電化學(xué)制備納米陣列結(jié)構(gòu)材料方法，其特征在于，包括如下步驟：

a)將單分散的無(wú)機(jī)、有機(jī)納米粒子或無(wú)機(jī)納米粒子與聚合物共混的混合物均勻排布在襯底材料表面，形成納米陣列圖形；

b)以a)中納米陣列圖形為掩膜，采用電化學(xué)刻蝕進(jìn)行納米圖形和陣列的刻蝕，在襯底表面形成納米陣列圖案及深度的有序二維陣列結(jié)構(gòu)；

c)除去表面殘留納米材料，獲得納米陣列圖案和有序二維陣列結(jié)構(gòu)。

所述納米掩膜制備技術(shù)為步驟a)中，所使用的無(wú)機(jī)納米粒子為氧化硅、氧化鋁或氧化鈦；有機(jī)納米粒子為聚苯乙烯(PS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、硬脂酸納米球(SA-NP)、環(huán)孢素A硬脂酸納米球(CYA-SA-NP)或聚糠醛納米球和殼聚糖人工合成及天然物質(zhì)納米粒子。

所述的納米粒子均勻排布在襯底材料表面，具體為：采用自組裝、旋涂、自然蒸發(fā)、垂直提拉或LB膜技術(shù)在襯底材料表面形成分布均勻有序的納米顆粒陳列，單層膜的制備能夠獲得最佳刻蝕效果。

步驟a)無(wú)機(jī)納米粒子與聚合物共混的混合物均勻排布為：采用化學(xué)反應(yīng)法除去無(wú)機(jī)納米粒子或熱蒸發(fā)法除去有機(jī)物，形成有機(jī)物構(gòu)成的多孔納米陣列掩膜或無(wú)機(jī)納米粒子排布的陣列掩膜。

步驟b)中所述的納米圖形和陣列的刻蝕為：先對(duì)無(wú)機(jī)或有機(jī)納米粒子均勻分布后進(jìn)行熱處理，溫度視材料而定，有機(jī)物納米掩膜溫度在100～300℃，無(wú)機(jī)納米掩膜溫度在200～500℃；無(wú)機(jī)納米粒子與聚合物共混的混合物均勻排布，然后再電化學(xué)刻蝕襯底材料。

所述的襯底材料為鎳、銅、鐵、鈷、鋁、鈦或鋅，合金為鈦基合金、鈷基合金、銅基合金、鎳基合金或鐵基合金；半導(dǎo)體材料為鍺、硅、砷化鎵、磷化銦、磷化鎵、砷化銦或氧化鋅及導(dǎo)電的氧化銅、氧化鎳或氧化錫。

步驟c)中，所述的除去表面殘留納米材料為利用物理或化學(xué)方法去除表面的殘留納米材料，包括高溫處理和化學(xué)方法。