[發(fā)明專利]一種基于界面誘導(dǎo)生長的金屬納米結(jié)構(gòu)陣列的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810080098.4
• 申請日: 2018-01-27
• 公開（公告）號(hào): CN108417475B
• 公開（公告）日: 2020-07-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 左則文;聞壹兵
• 申請（專利權(quán)）人: 安徽師范大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L21/02
• 分類號(hào): H01L21/02;B82Y30/00;B82Y40/00
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本發(fā)明涉及一種基于界面誘導(dǎo)生長的金屬納米結(jié)構(gòu)陣列的制備方法，包括如下步驟：一、襯底清洗；二、模板轉(zhuǎn)移，將超薄多孔氧化鋁模板轉(zhuǎn)移到清洗干凈的襯底上；三、粘附力調(diào)節(jié)，將步驟二得到的樣品靜置數(shù)小時(shí)，使模板與襯底間的粘附力部分馳豫，或通過低溫退火加強(qiáng)模板與襯底的粘附力；四、金屬沉積，采用物理氣相沉積方法在由步驟三得到的樣品表面沉積金屬；五、模板剝離，沉積完成后，利用膠帶將模板剝離，即在襯底表面留下有序金屬納米結(jié)構(gòu)陣列：粘附力馳豫的情形將得到有序納米孔陣列，粘附力加強(qiáng)的情形將得到有序納米環(huán)陣列。本發(fā)明方法工藝簡單，成本低廉，可擴(kuò)展到晶圓尺度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及金屬納米結(jié)構(gòu)陣列的制備方法，尤其是涉及一種基于界面誘導(dǎo)生長的金屬納米結(jié)構(gòu)陣列的制備方法，屬于納米材料制備技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

表面等離激元是金屬表面?zhèn)鲗?dǎo)電子在入射光電磁場激發(fā)下的集體振蕩，使得金屬納米結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出一些奇特的光學(xué)性質(zhì)，引起了人們的普遍關(guān)注，在光電轉(zhuǎn)換、成像顯示器件、生物化學(xué)傳感等諸多領(lǐng)域有著巨大的應(yīng)用前景。通過控制金屬納米結(jié)構(gòu)的形狀、尺寸、介電環(huán)境以及陣列的類型、周期、間距等可以對(duì)它的表面等離激元光學(xué)特性進(jìn)行有效的調(diào)控，從而滿足特定的應(yīng)用需求。采用微納加工技術(shù)，如電子束光刻、聚焦離子束研磨、移相光刻等技術(shù)可以制備各種不同形貌的金屬納米結(jié)構(gòu)，并對(duì)納米結(jié)構(gòu)及其陣列進(jìn)行精確的控制，但這類技術(shù)通常需要昂貴的設(shè)備且耗時(shí)，難以實(shí)現(xiàn)大面積制備和應(yīng)用。化學(xué)方法可以制備各種形狀和尺寸的金屬納米顆粒，但難以形成有序的陣列，而且合成過程中的表面活性劑會(huì)使金屬的光學(xué)響應(yīng)復(fù)雜化。結(jié)合膠體球自組裝和反應(yīng)離子刻蝕、金屬沉積的方法，通過自組裝形成膠體球有序的二維陣列，然后利用反應(yīng)離子刻蝕減小膠體球的尺寸，再通過熱蒸發(fā)、濺射等技術(shù)將金屬沉積到膠體球陣列的間隙中，可以得到有序金屬納米顆粒和納米孔陣列。但由于膠體二維晶體不可避免的缺陷，使得這種方法在大面積均一性方面依然存在著問題。因此，迫切需要發(fā)展新型的、有效的金屬納米結(jié)構(gòu)陣列的制備技術(shù)。

金屬納米結(jié)構(gòu)的形貌在很大程度上是由它的成核決定的，在物理氣相沉積中，金屬在襯底表面隨機(jī)地成核，形成無序的金屬納米顆粒陣列，進(jìn)一步地沉積將導(dǎo)致這些納米顆粒合并并最終得到金屬薄膜。根據(jù)異相成核理論，金屬需要克服一個(gè)成核能壘才能形成穩(wěn)定的核，而模板的引入將會(huì)改變金屬在襯底表面的成核特性。本發(fā)明正是基于這樣的技術(shù)背景提出的。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種基于界面誘導(dǎo)生長的金屬納米結(jié)構(gòu)陣列的制備方法。

本發(fā)明利用有序多孔氧化鋁模板，提出了一種通過界面誘導(dǎo)成核與生長獲得有序金屬納米環(huán)和納米孔陣列的方法。本方法工藝簡單，成本低廉，制備的金屬納米結(jié)構(gòu)陣列可控性好，易于實(shí)現(xiàn)大面積制備。

本發(fā)明提出一種制備有序金屬納米結(jié)構(gòu)陣列的方法，所述方法步驟如下：

（1）襯底清洗，將硅片或石英片等襯底浸入濃硫酸與雙氧水的混合溶液中加熱至90℃，洗清60分鐘，再分別在丙酮、乙醇、去離子水中超聲清洗15分鐘后，用氮?dú)獯蹈桑?/p>

（2）模板轉(zhuǎn)移，將PMMA支撐的超薄多孔氧化鋁模板置于清洗干凈的襯底表面，再在丙酮溶液中去除PMMA層，將超薄氧化鋁模板轉(zhuǎn)移到襯底上；

（3）粘附力調(diào)節(jié)，將表面帶有氧化鋁模板的襯底靜置數(shù)小時(shí)以使模板與襯底間的粘附力部分馳豫，或通過低溫退火加強(qiáng)模板與襯底的粘附力；

（4）金屬沉積，將表面帶有氧化鋁模板的襯底轉(zhuǎn)移至沉積腔內(nèi)，模板朝向金屬源，采用物理氣相沉積方法沉積金屬；

（5）模板剝離，沉積完成后，利用膠帶將模板剝離，在襯底表面留下有序金屬納米孔陣列或納米環(huán)陣列，取決于模板與襯底間的粘附力。

在上述金屬納米結(jié)構(gòu)陣列的制備方法中，所述步驟2中氧化鋁模板的厚度不大于1微米。

在上述金屬納米結(jié)構(gòu)陣列的制備方法中，所述步驟3低溫退火通過加熱板或退火爐進(jìn)行，退火溫度為150-250℃，時(shí)間為2-5小時(shí)。