[發明專利]一種自支撐多層微納米結構的制備方法

有效

• 申請號: 201210540029.X
• 申請日: 2012-12-13
• 公開（公告）號: CN102976264A
• 公開（公告）日: 2013-03-20
• 發明（設計）人: 顧長志;崔阿娟;李無瑕;劉哲
• 申請（專利權）人: 中國科學院物理研究所
• 主分類號: B81C1/00
• 分類號: B81C1/00;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 梁愛榮

1.一種自支撐多層微納米結構的制備方法，其特征在于，其包括下列步驟：

步驟S1：選取平整襯底并清洗；

步驟S2：在平整襯底上制備多層膜結構，得到多層膜基底；

步驟S3：在多層膜基底表面上制備自支撐母體納米結構，得到多層膜基底自支撐母體納米結構體系；

步驟S4：將多層膜基底自支撐母體納米結構體系放入到離子刻蝕系統的樣品腔中，對多層膜基底自支撐母體納米結構體系進行離子束干法刻蝕；刻蝕過程中，除了被自支撐母體納米結構覆蓋的部分之外，多層膜基底表面的物質會從上至下依次的在離子束的轟擊下濺射出來，再沉積在自支撐母體納米結構上，從而形成自支撐多層微納米結構；

步驟S5：通過對所得到的自支撐多層微納米結構進行熱處理，用于對自支撐多層微納米結構的微結構或形狀進行調控；

步驟S6：得到自支撐多層微納米結構的成品。

2.如權利要求1所述自支撐多層微納米結構的制備方法，其特征在于，步驟S1中的平整襯底和多層膜結構的材料是半導體、導體或絕緣體中的一種或者是幾種的組合，所述半導體是Si，GaAs，InP或GaN中的一種或者是幾種的組合，所述導體是Au，Ag，Co，Ni，Cu，Pt，CoPt中的一種或者是幾種的組合，所述絕緣體SiO₂，Si₃N₄，Al₂O₃，HfO₂中的一種或者是幾種的組合。

3.如權利要求1所述自支撐多層微納米結構的制備方法，其特征在于，步驟S2中平整襯底上多層膜結構的制備方法包括熱蒸發、電子束蒸發、離子束輔助誘導沉積、原子層沉積、磁控濺射、旋涂、電鍍、化學氣相沉積、激光誘導沉積以及外延沉積方法中的一種或者幾種方法的組合；多層膜結構的層數N₁≥0。

4.如權利要求1所述自支撐多層微納米結構的制備方法，其特征在于，步驟S3中自支撐母體納米結構是實心的結構，或是空心的結構；自支撐母體納米結構是與多層膜基底垂直或者成一夾角的自支撐母體納米線、納米薄膜片狀結構、或者是他們的組合；自支撐母體納米線與多層膜基底的夾角a為0＜a≤90°；自支撐母體納米結構的生長方法包括聚焦電子束/離子束輔助的化學氣相沉積直寫生長；或是通過曝光工藝，結合金屬沉積，溶脫工藝步驟制備出納米掩模結構，然后通過深刻蝕的方法制備出的納米結構。

5.如權利要求1所述自支撐多層微納米結構的制備方法，其特征在于，步驟S2和步驟S3的順序是能調換的：先制備多層膜基底，然后再制備自支撐母體納米結構，或先制備自支撐母體納米結構，再制備多層膜基底。

6.如權利要求1所述自支撐多層微納米結構的制備方法，其特征在于，步驟S4中的離子干法刻蝕使用的離子束設備是反應離子刻蝕系統，電感耦合反應離子刻蝕系統，聚焦離子束刻蝕系統以及離子束刻蝕系統中的一種設備；所述刻蝕過程是利用能量大于100eV的離子來轟擊多層膜基底，使多層膜基底表面的原子濺射出來，從而達到刻蝕濺射與再沉積的效果；當第一層物質先濺射出來，濺射出的部分產物附著在自支撐母體納米結構的表面；當第一層多層膜基底物質被刻蝕完后，最靠近表面的第二層物質裸露出來，經過離子束的轟擊濺射出來形成自支撐母體納米結構表面的第二層物質，依次類推，獲得自支撐多層微納結構；所形成的自支撐多層納米結構的外殼層數N₂≥1。

7.如權利要求1所述自支撐多層微納米結構的制備方法，其特征在于，步驟S4中的離子束干法刻蝕中，通過調整離子能量、離子種類、離子束與多層膜基底的夾角以及刻蝕時間的刻蝕參數，來控制多層膜基底材料的濺射速率及濺射物質在自支撐母體納米結構上的再沉積速率；此外，通過對自支撐母體納米結構與多層膜基底間夾角的設計與調整，來控制被濺射料在自支撐母體納米結構不同方位的再沉積速率，形成具有不同于自支撐母體納米結構的形狀的新微納結構。

8.如權利要求1所述自支撐多層微納米結構的制備方法，其特征在于，步驟S5對自支撐多層微納米結構的是否進行熱處理的判斷步驟包括：

步驟S51：當未達到所需求自支撐多層微納米結構的微結構、化學組成和形狀時，對自支撐多層微納米結構進行熱處理，則執行步驟S52；當達到所需自支撐多層微納米結構的微結構、化學組成和形狀時，不對自支撐多層微納米結構進行熱處理，則只執行步驟S4；

步驟S52：調整對自支撐多層微納米結構的退火溫度、時間、氣氛、溫度的升降速率，得到符合需求微結構、化學組成和形狀的自支撐多層微納米結構。