[發明專利]一種納米間隙的制備方法

在審

• 申請號: 201710010578.9
• 申請日: 2017-01-06
• 公開（公告）號: CN106842814A
• 公開（公告）日: 2017-06-13
• 發明（設計）人: 李俊杰;潘如豪;劉哲;全保剛;顧長志
• 申請（專利權）人: 中國科學院物理研究所
• 主分類號: G03F7/00
• 分類號: G03F7/00;B82Y40/00
• 代理公司: 北京智匯東方知識產權代理事務所(普通合伙)11391
• 代理人: 范曉斌,康正德

技術領域

本發明涉及二維微納器件技術領域，特別是涉及一種納米間隙的制備方法。

背景技術

隨著光學和電子學的持續發展，由于納米間隙能夠產生較強的場增強效應和新奇的電荷輸運特性，因此其在制備光學器件以及分子器件等方面具有非常重要的應用。在光譜領域，納米間隙由于具有局限光的能力，使得間隙中的光場與光源本身的強度有量級上的差別，這就使得間隙中的待測分子能夠產生成倍的光譜響應。而且越小的納米間隙具有越強的光局域效應。在分子器件中，納米間隙的大小更是直接影響了制作分子器件的成功率，只有小于5nm的間隙才適合分子器件的制作。

通常納米間隙是通過電子束曝光工藝來實現的，但是由于電子束曝光工藝的儀器分辨率的限制，制備的納米間隙一般在20納米，甚至20納米以上。而現有分子器件等精密儀器中所使用的納米間隙一般是通過機械斷裂等方式制備的。機械斷裂的方式雖然適合制備納米量級的間隙，卻不滿足大面積的制備的要求，從而限制了納米間隙的應用。

發明內容

本發明的一個目的是要提供一種納米間隙的制備方法，通過通常的光刻工藝以獲得任意需要的間隙尺寸的納米間隙，并且，所述納米間隙適用于大面積的制備。

本發明一個進一步的目的是要使得納米間隙的間隙尺寸小于5nm，并且間隙尺寸能夠按照需求在納米范圍內精確可控。

特別地，本發明提供了一種納米間隙的制備方法，包括如下步驟：

提供一基底，在所述基底的表面處施加第一光刻膠層，并按照第一預定圖形形成第一光刻膠圖形；

按照所述第一光刻膠圖形在所述基底處沉積第一材料，或者按照所述第一光刻膠圖形將所述基底刻蝕預定深度；

去除所述第一光刻膠層，以獲得由所述第一材料在所述基底的表面形成的與所述第一光刻膠圖形對應的第一材料層，所述第一材料層具有第一厚度，或者以獲得由所述基底自身形成的凸起層；

以預定入射角度在具有第一材料層或凸起層的所述基底處沉積第二材料，以形成具有第二厚度的第二材料層，以在所述第一材料層和所述第二材料層之間形成所述納米間隙；

其中，通過調節所述第一材料層的第一厚度以及所述預定入射角度，以改變所述納米間隙的尺寸。

進一步地，形成具有第二厚度的第二材料層的方法還包括：

在具有第一材料層或凸起層的所述基底處施加第二光刻膠層，并按照第二預定圖形形成第二光刻膠圖形；

以所述預定入射角度按照所述第二光刻膠圖形在具有第一材料層或凸起層的所述基底處沉積第二材料；

去除所述第二光刻膠，以獲得由所述第二材料形成的與所述第二光刻膠圖形對應的第二材料層，所述第二材料層具有第二厚度。

進一步地，所述納米間隙的尺寸小于5nm。

進一步地，所述第一材料層的側面相對垂直于所述基底的表面。

進一步地，所述基底采用的材料選自硅、二氧化硅、藍寶石中的一種。

進一步地，所述第一光刻膠層或所述第二光刻膠層采用的材料選自PMMA、ZEP、AZ中的一種。

進一步地，所述第一材料選自金屬材料金、銀、鉻中的一種；或選自介質材料ITO、氧化鋁中的一種；或選自半導體材料氧化鋅、氧化鎵中的一種；

優選地，所述第二材料選自金屬材料金、銀、鉻中的一種；或選自介質材料ITO、氧化鋁中的一種；或選自半導體材料氧化鋅、氧化鎵中的一種。

進一步地，所述第一材料與所述第二材料采用相同的材料。

進一步地，所述第一材料與所述第二材料采用不同的材料。

進一步地，所述第一厚度不小于所述第二厚度。

本發明的納米間隙的制備方法，利用方向性好的鍍膜設備在基底表面進行沉積，并且控制第二材料沉積時的入射角度。第二材料在沉積時與第一材料在基底形成的第一材料層或者基底自身形成的凸起層具有預定入射角度，因此，第二材料不會在與第一材料層或凸起層構成的陰影區域形成沉積，從而第一材料層與第二材料層之間形成納米間隙，或者凸起層與第二材料層之間形成間隙。通過上述方式制備得到的納米間隙的間隙尺寸小于5nm。并且通過本發明的方法，能夠實現亞5納米間隙的大面積的制備。

進一步地，本發明的制備方法通過控制入射角度，能夠使得納米間隙的間隙尺寸在納米范圍內精確可控。

進一步地，本發明的方法具有工藝靈活、可控性好、低成本和可大面積制備等特點，并且所制備的納米間隙的結構、形貌、尺寸、周期具有可設計、材料種類多、新奇功能與物性的特點。