[發明專利]一種圖形化納米顆粒自組裝制造方法

有效

• 申請號: 201310133783.6
• 申請日: 2013-04-17
• 公開（公告）號: CN103227102A
• 公開（公告）日: 2013-07-31
• 發明（設計）人: 吳文剛;楊增飛;錢闖;王詣斐
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: H01L21/02
• 分類號: H01L21/02;B82Y40/00
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 徐寧;關暢

技術領域

本發明涉及一種圖形化納米顆粒自組裝制造方法，特別是關于一種利用納米顆粒蒸發誘導自組裝現象，制備出親疏水性硅襯底輔助納米顆粒自組裝的制造方法。

背景技術

自組裝（self-assembly）是指分子及納米顆粒等結構單元在平衡條件下，通過非共價鍵作用自發地締結成熱力學穩定的、結構上確定的、性能上特殊的聚集體的過程。自組裝最大的特點為自組裝的過程一旦開始，將自動進行到某個預期的終點，分子等結構單元將自動排列成有序的圖形，即使是形成復雜的功能體系也不需要外力的作用。自組裝可以形成單分子層、膜、囊泡、膠束、微管、小棒及更復雜的有機-金屬、有機-無機、生物-非生物的復合物等，其多樣性超過其它方法所制備的材料。納米顆粒的自組裝排布方法有很多種，按實現途徑來分主要有：浸漬涂布、旋轉涂布、電泳淀積和蒸發自組裝等。

蒸發自組裝時，將經過適當處理的基片浸泡在納米顆粒懸濁液中（或者將懸濁液滴在基片表面上），控制周圍環境的溫度、濕度、氣體流速等，使懸濁液以一定速度蒸發。當液面厚度接近或者小于納米顆粒直徑時，納米顆粒將逐漸析出，表面張力和范德華力等因素迫使它們固定于襯底表面并緊密排列，從而在基片上獲得具有特殊結構的規則有序納米顆粒陣列。與其它自組裝排布方法相比，蒸發自組裝方法在可操作性和排列結果的規則性上具有顯著優勢。但是由于所采用的襯底是單面拋光、表面無其它結構的單晶硅片，所制備的納米顆粒密排結構分布于整個襯底表面上，且無特定的圖形。因此，這種自組裝方法可控性較差，難以圖形化，適用范圍有限。

發明內容

針對上述問題，本發明的目的是為了提高納米顆粒自組裝過程的可控性、實現圖形化排布，提出了親疏水性硅襯底輔助納米顆粒自組裝制造方法。

為實現上述目的，本發明采取以下技術方案：一種圖形化納米顆粒自組裝制造方法，其包括以下步驟：1）采用4英寸單面拋光單晶硅襯底,通過化學氣相淀積方法在硅襯底表面淀積出一層聚對二甲苯薄膜；2）通過傳統光刻方法，在硅襯底表面制作所需的光刻膠掩模圖形；3）采用氧等離子體刻蝕方法，刻蝕裸露的聚對二甲苯薄膜；4）采用金剛石劃片機對硅襯底進行劃片；5）采用丙酮去除在硅襯底表面的光刻膠；6）將硅襯底在溫度為120℃的濃硫酸、雙氧水的混合液中浸泡10分鐘，取出后用去離子水清洗5～10次；7）取10～15uL的制備好的納米顆粒懸濁液，滴入到裝有1mL乙醇的容器中，將兩種液體混合均勻并緩慢倒入已裝有去離子水的培養皿中；8）將步驟6）得到的硅襯底完全浸泡在培養皿中的液體后，取出放置在另一培養皿中，并水平放入一干燥箱內，在室溫條件下自然蒸發后，即得到具有圖形化納米顆粒的硅襯底。

所述步驟2）中，光刻膠掩模厚度為1.0μm～2.0μm。

所述步驟3）中，聚對二甲苯薄膜厚度為50nm～150nm。

所述步驟6）中，雙氧水的質量分數為40%，濃硫酸和雙氧水的體積比為4:1。

所述步驟7）中的納米顆粒懸濁液為聚苯乙烯納米顆粒懸濁液。

所述步驟7）中的納米顆粒懸濁液為二氧化硅納米顆粒懸濁液。

所述步驟8）中，在干燥箱內通入氮氣加速蒸發。

本發明由于采取以上技術方案，其具有以下優點：1、本發明利用硅襯底表面的親疏水性差異使納米顆粒自組裝定位在限定區域，解決了納米顆粒自組裝可控性較差和難以圖形化的問題，提高了自組裝技術的應用范圍，使本發明的可操作性、可控性和排列結果的規則性與其它自組裝方法相比具有明顯優勢，特別是在制備圖形化的規則密排納米顆粒陣列方面其作用難以替代。2、本發明中所使用的氧等離子體干法去膠技術和常規光刻技術都源自于微電子制造技術，因此可方便地實現批量和并行加工。3、本發明采用蒸發自組裝方法，操作簡單，本發明可以廣泛用于在光電子、生物制藥、化工等領域，并對某些領域產生未可預知的促進作用。

附圖說明

圖1是本發明襯底上生長聚對二甲苯薄膜示意圖

圖2是本發明通過傳統光刻法定義出光刻膠掩模圖形；圖2a是本發明涂有光刻膠掩模示意圖；圖2b是通過傳統光刻法光刻光刻膠掩模后示意圖

圖3是本發明用氧等離子體刻蝕聚對二甲苯薄膜后的示意圖

圖4是本發明丙酮去膠后得到具有親水性差異的圖形化襯底示意圖

圖5是本發明在圖形化襯底基礎上進行蒸發自組裝示意圖

圖6是本發明最終實現的圖形化納米顆粒自組裝示意圖

圖7是圖6的俯視示意圖