[發明專利]一種基于光學操控的納米孔陣列的可控加工方法及裝置

有效

• 申請號: 202010192100.4
• 申請日: 2020-03-18
• 公開（公告）號: CN111348619B
• 公開（公告）日: 2020-09-29
• 發明（設計）人: 陳云;陳燕輝;丁樹權;施達創;陳新;高健;劉強
• 申請（專利權）人: 廣東工業大學
• 主分類號: B81C1/00
• 分類號: B81C1/00
• 代理公司: 佛山市禾才知識產權代理有限公司 44379
• 代理人: 朱培祺;資凱亮

本發明公開了一種基于光學操控的納米孔陣列的可控加工方法及裝置，其方法包括以下步驟：步驟(1)，在清洗好的硅片的上表面旋涂一層十六烷基三甲基氯化銨層；步驟(2)，在完成步驟(1)的硅片的上表面自組裝一層金納米顆粒，步驟(3)，通過多光束振鏡分散出陣列激光束，步驟(4)，通過單束激光束對各個金納米顆粒進行光學操縱以使各個金納米顆粒移動至對應的目標位置上。克服金納米顆粒自組裝時范德華力的限制，在指定位置準確地加工出定制化的金納米顆粒陣列，并且通過金屬輔助化學刻蝕高效地加工出高質量的硅納米孔陣列，克服現有納米孔陣列的刻蝕技術的所需工藝實驗工作量大、孔位調整難度大等缺點，具有廣闊的應用前景。

技術領域

本發明涉及固態納米孔陣列加工領域，尤其涉及一種基于光學操控的納米孔陣列的可控加工方法及裝置。

背景技術

隨著納米科學技術的發展，納米孔傳感器在基因測序、能量轉換等領域的應用取得了重大進步。固態納米孔因其性能穩定，可控的幾何形態和優異的魯棒性等優點吸引了諸多研究者的興趣。目前在單個納米孔加工領域已經較為成熟，但對于滿足如基因測序商業化應用的納米孔陣列還存在不少挑戰，如加工成本高，效率低以及可控性差等。因此，亟需提出新方法來精確地加工出高質量的固態納米孔陣列，以加快固態納米孔陣列加工技術的產業化步伐。

針對如何精確地加工出高質量固態納米孔陣列，目前主流方法包括：一、電子束和離子束加工。通過電子束和離子束的能量來加工納米孔，但是，這種方法存在一個最大的問題——成本高且效率低，無法加工出高質量的納米孔陣列。二、陽極氧化鋁掩膜板加工。通過在基底上轉移一層目標氧化鋁掩膜，再根據掩膜板加工出納米孔陣列，但是，這種方法存在一個缺點——孔徑和孔間距受限于氧化鋁模板，而孔徑小的氧化鋁掩膜板制造難度隨孔徑減小而增大，否則無法加工出理想的納米孔陣列。三、金屬輔助化學刻蝕加工。中國專利CN102732885A提出了一種磁場輔助微納加工工藝，通過光刻工藝轉移所需圖案，再鍍上用于催化的金屬，添加刻蝕液，置于磁場強度和方向可調的磁場環境中進行刻蝕，因為引入磁場所以導致應用空間極為受限。中國專利CN103342337B公開了基于金屬納米顆粒輔助刻蝕法制備介孔硅納米線的方法，通過在硅基底表面自組裝一層用于催化的納米顆粒陣列，再配制合適的刻蝕液加工出納米孔陣列。該方法可以簡單、成本低批量地加工出高質量納米孔陣列，但是，該方法依賴于金納米顆粒的自組裝這一空間排布過程，且對金納米顆粒陣列的均勻一致性要求極高。

眾所周知，在微觀尺度上對納米顆粒進行操控的過程中，納米顆粒與襯底之間的范德華力是不可忽視的。為此，亟需提出一種新方法，以克服金納米顆粒自組裝時范德華力的限制，準確地加工出定制化的金納米顆粒陣列，再通過金屬輔助化學刻蝕高效地加工出高質量的納米孔陣列。

發明內容

本發明的目的在于提出一種基于光學操控的納米孔陣列的可控加工方法及裝置，以克服金納米顆粒自組裝時范德華力的限制，并結合實時顯示反饋，在指定位置準確地加工出定制化的金納米顆粒陣列，并且通過金屬輔助化學刻蝕高效地加工出高質量的硅納米孔陣列，克服現有納米孔陣列的刻蝕技術的所需工藝實驗工作量大、孔位調整難度大等缺點。

為達此目的，本發明采用以下技術方案：

一種基于光學操控的納米孔陣列的可控加工方法，包括以下步驟：

步驟(1)，在清洗好的硅片的上表面旋涂一層十六烷基三甲基氯化銨層；

步驟(2)，在完成步驟(1)的硅片的上表面自組裝一層金納米顆粒，在硅片的上形成無序金納米顆粒陣列；

步驟(3)，通過多光束振鏡分散出陣列激光束，所述陣列激光束將步驟(2)的無序金納米顆粒陣列中的金納米顆粒分散開來；

步驟(4)，通過單束激光束對各個金納米顆粒進行光學操縱以使各個金納米顆粒移動至對應的目標位置上，并利用金納米顆粒的光散射特性，定位跟蹤進行光學操縱中的金納米顆粒，在硅片上形成符合設計目標的有序金納米顆粒陣列；