[發明專利]一種用于制備納米線陣列的模板的制造方法

無效

• 申請號: 200910157108.0
• 申請日: 2009-12-29
• 公開（公告）號: CN101723314A
• 公開（公告）日: 2010-06-09
• 發明（設計）人: 邱東江
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: B82B3/00
• 分類號: B82B3/00
• 代理公司: 杭州中成專利事務所有限公司 33212
• 代理人: 盛輝地

技術領域

本發明屬于新型納米結構材料制備與器件應用技術領域，具體涉及一種用于制備納米線 陣列的模板及其制造技術。

技術背景

在過去十幾年里，納米技術得到了飛速發展。人們已經能夠利用多種制備技術如化學氣 相沉積、水熱合成、熱蒸發等，來制造多種材料如金屬、半導體、陶瓷、聚合物的納米線、 納米管等多種納米結構。然而迄今為止，要快速、低成本、可控地制備排列有序的低維結構 材料，仍然是個具有挑戰性的課題。雖然已有精密的技術工藝能夠制造出納米尺度的結構圖 案，但在絕大多數情況下，這些技術要么圖案成形速度慢且制造成本高(例如電子束曝光)， 要么只適用于某些特定的材料體系或特定的制備技術。例如材料低維結構(如納米線、納米 點及其陣列結構)的自組織生長就只適用于某些特定的材料體系，并且缺乏可控性及重復性 差。

另一方面，薄膜的開裂現象已被作為材料的破壞性特征研究了幾十年，其主要的產生機 理是由于薄膜材料中機械應力或熱應力的引入。例如通過彎曲覆蓋有脆性薄膜的柔韌襯底即 引入大的機械應力，或對沉積在熱膨脹系數小的硬質襯底上的熱膨脹系數大的薄膜引入高熱 應力，都可以使得覆蓋在襯底表面的薄膜形成裂縫。熱應力引入導致薄膜開裂的現象，是由 于薄膜與其所覆蓋的襯底材料之間存在足夠大的熱膨脹系數差異。因此，利用薄膜與襯底材 料熱脹冷縮程度的不同，通過“低溫-高溫”之間的冷熱循環處理，很容易導致熱膨脹系數大 的薄膜材料產生開裂現象。

發明內容

本發明基于引入熱應力的方法，提供一種用于制備納米線陣列的模板的制造方法，利用 襯底與薄膜兩種材料熱膨脹系數的巨大差異，在熱膨脹系數大的薄膜產生納米級裂縫。這種 薄膜表面所形成的納米級裂縫可以被用做生產納米線的模板。

本發明提供一種用于制備納米線陣列的模板的制造方法。采用熱膨脹系數小于15*10^-6K^-1的襯底材料和熱膨脹系數大于50*10^-6K^-1的軟質薄膜，利用襯底與薄膜兩種材料熱膨脹系數 的巨大差異，在熱膨脹系數大的薄膜材料上引入足夠大的熱應力，然后在瞬間將其釋放，熱 膨脹系數大的薄膜表面形成排列規則、有序的裂紋，得到用于制備納米線陣列的模板，制備 步驟如下：

(1)選取一塊表面平整、質地較硬、強度好、熱膨脹系數小于15*10^-6K^-1的薄片材料作為襯 底材料，首先采用旋涂(Spin?Coating)法在襯底表面鍍覆一層厚度為500～600納米的熱膨 脹系數大于50*10^-6K^-1的軟質薄膜，然后烘干；

(2)利用光刻技術將軟質薄膜刻蝕成長條形圖案，使得留在襯底表面的長條狀軟質薄膜的寬 度為5～15微米之間；

(3)將光刻后得到的長條狀的軟質薄膜連同硬質襯底一起，在70～90℃溫度范圍加熱10～15 分鐘；

(4)將加熱后的襯底連同長條狀軟質薄膜浸入液氮或液氦中，2～3秒鐘后將其從液氮或液氦 中取出，軟質薄膜在液氮或液氦中浸淬后形成裂紋，將其置于顯微鏡下觀察，在長條狀的軟 質薄膜區域內見到規則排列的多條線狀裂紋，裂紋形成處的襯底暴露，此時模板制作即告完 成。

本發明的工藝步驟(1)中所述的熱膨脹系數小于15*10^-6K^-1的襯底材料可以是單晶硅拋 光片、單晶藍寶石拋光片、石英玻璃片或普通玻璃片。

本發明的工藝步驟(1)中所述的熱膨脹系數大于50*10^-6K^-1的軟質薄膜材料可以是聚合 物薄膜，如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)薄膜。

本發明的工藝步驟(1)中提到的軟質薄膜的厚度在500～600納米之間可調。

本發明的工藝步驟(2)中提到的長條狀軟質薄膜寬度在5～15微米之間可調，長度不限。 經光刻后在襯底上可以只保留一條長條薄膜，也可以保留多條長條薄膜。若保留多條長條薄 膜，則兩相鄰長條狀軟質薄膜之間的距離也不限，一般取間距不小于1毫米。

本發明的工藝步驟(4)中提到的軟質薄膜在液氮或液氦中浸淬后形成裂紋，寬度在 50～300納米之間可調，裂紋的深度即為軟質薄膜的厚度。