[發明專利]一種高效率制備環狀納米間隙有序陣列的方法

有效

• 申請號: 201810270664.8
• 申請日: 2018-03-29
• 公開（公告）號: CN108502840B
• 公開（公告）日: 2020-08-28
• 發明（設計）人: 蔡洪冰;趙慧;王曉平;羅毅
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: B81B1/00
• 分類號: B81B1/00;B81B7/04;B81C1/00
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 趙青朵

本發明提供了一種高效率制備環狀納米間隙有序陣列的方法，包括以下步驟：A)在襯底表面沉積一層酸不溶性薄膜；B)在所述酸不溶性薄膜表面自組裝小球單層有序膜；C)采用反應離子刻蝕所述小球單層有序膜，得到粒徑減小的小球；D)采用氬離子刻蝕所述粒徑減小的小球間的、步驟A)所述的酸不溶性薄膜；E)通過單原子層沉積技術在步驟D)得到的產物表面沉積一層酸溶性薄膜；F)在所述步驟E)得到的產物表面沉積一層與步驟A)中厚度相同的酸不溶性薄膜；G)用酸溶液刻蝕掉步驟F)得到的產物表面的酸溶性薄膜，用溶劑去除所述粒徑減小的小球，得到環狀納米間隙有序陣列。

技術領域

本發明屬于納米科學技術領域，具體涉及一種高效率制備環狀納米間隙有序陣列的方法。

背景技術

納米尺度的金屬間隙由于其尺寸效應會對局域在其中的電磁波產生明顯的場增強效應而被廣泛應用于生物傳感、環境監測、增強拉曼、光催化以及超材料等諸多領域。這些器件的性能通常顯著依賴于納米間隙的形貌和尺寸，因而如何可控的制備小尺寸的納米間隙既是當前重要的科研挑戰，也是等離激元器件走向實際應用的重要步驟。在目前各種制備小于10納米的金屬間隙的方法中，機械斷裂法，電遷移法相對簡單，成本低，但是通量低且形貌可控性差；化學合成法成本低、效率高，但是缺乏尋址能力；陰影沉積法、斜入射法則較難獲得小尺寸的納米間隙；而傳統的電子束曝光法、離子束刻蝕法雖然可控性很強，但是在精度上仍然存在局限性，且成本高昂，無法應用于實際生產。而近年來隨著單原子層沉積技術的發展和應用，具有原子級厚度精度的犧牲層有望為可控制備小尺寸納米間隙提供重要手段。通過將原子層沉積技術和光刻技術、離子刻蝕技術或者模板剝離技術想結合，目前加工技術已經可以實現亞納米級別均一納米間隙的可控制備。但是如何進一步增加納米間隙的密度、降低制備成本以及提高制備方法的通量仍然是納米間隙結構由實驗走向應用的重要挑戰。

發明內容

有鑒于此，本發明要解決的技術問題在于提供一種高效率制備環狀納米間隙有序陣列的方法，本發明提供方法實現了極小尺寸納米間隙的大面積、高通量、低成本的可控制備。

本發明提供了一種高效率制備環狀納米間隙有序陣列的方法，包括以下步驟：

A)在襯底表面沉積一層酸不溶性薄膜；

B)在所述酸不溶性薄膜表面自組裝小球單層有序膜；

C)采用反應離子刻蝕所述小球單層有序膜，得到粒徑減小的小球；

D)以粒徑減小的小球作為掩膜版，采用氬離子刻蝕所述粒徑減小的小球間的、步驟A)所述的酸不溶性薄膜；

E)通過單原子層沉積技術在步驟D)得到的產物表面沉積一層酸溶性薄膜；

F)在所述步驟E)得到的產物表面沉積一層與步驟A)中厚度相同的酸不溶性薄膜；

G)用酸溶液刻蝕掉步驟F)得到的產物表面的酸溶性薄膜，用溶劑去除所述粒徑減小的小球，得到環狀納米間隙有序陣列。

優選的，步驟A)中的酸不溶性薄膜選自金屬薄膜、半導體薄膜或絕緣體納米薄膜；

步驟F)中的酸不溶性薄膜選自金屬薄膜、半導體薄膜或絕緣體納米薄膜；

步驟A)中的酸不溶性薄膜與步驟F)中的酸不溶性薄膜的厚度相同，為10納米～200納米。

優選的，步驟B)所述的小球為可以通過反應離子刻蝕調控粒徑的多聚物小球或者無機物小球，所述小球的粒徑為60納米～2000納米。

優選的，所述反應離子刻蝕為氧或者四氟化碳反應離子刻蝕，所述反應離子刻蝕的氣體流量為5sccm～50sccm；刻蝕功率為20瓦～50瓦；刻蝕時間為10秒～200秒。

優選的，所述酸溶性薄膜為氧化鋁薄膜，所述酸溶性薄膜的厚度為1納米～20納米。