[發(fā)明專利]一種三維納米通孔的制造方法

在審

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• 申請日: 2021-09-18
• 公開（公告）號: CN113805433A
• 公開（公告）日: 2021-12-17
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張琛;劉紫涵;侯嘉慶;白晉濤
• 申請（專利權(quán)）人: 西北大學(xué)
• 主分類號: G03F7/00
• 分類號: G03F7/00;G03F7/20;B82Y40/00
• 代理公司: 北京睿智保誠專利代理事務(wù)所(普通合伙) 11732
• 代理人: 韓迎之

本發(fā)明公開了一種三維納米通孔的制造方法，屬于光刻技術(shù)領(lǐng)域，通過激光直寫結(jié)合可調(diào)控空間結(jié)構(gòu)光，能夠直接制造直徑＜100nm的三維納米通孔，實現(xiàn)了一種納米孔直徑可控的三維納米通孔制造方法。本發(fā)明制造方法過程簡單，成本低廉，制造周期短，能實現(xiàn)納米通孔的可控制造，可以為微納流控、生物醫(yī)學(xué)、仿生功能材料等領(lǐng)域的研究提供有效解決方案。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光刻技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域，更具體的說是涉及一種三維納米通孔的制造方法。

背景技術(shù)

人工納米通孔是一種功能性結(jié)構(gòu)，在微納流控、生物醫(yī)學(xué)、仿生功能材料等領(lǐng)域中都有著廣泛應(yīng)用。人工納米孔主要分為生物類納米孔(可再生離子通道、孔蛋白通道等)以及固態(tài)納米孔。天然的納米通道，結(jié)構(gòu)精細(xì)、靈敏度高，但是對外界環(huán)境(PH值、溫度、鹽濃度等)刺激過于敏感，因此穩(wěn)定性差、使用壽命短；固態(tài)納米孔克服了生物類納米通道穩(wěn)定性差的缺點，為設(shè)計開發(fā)人工仿生納米通道體系以及在體外對生命過程進(jìn)行模擬提供了很好的研究平臺。

目前，傳統(tǒng)的納米孔制造方法主要有聚焦離子束刻蝕(FIB)、電子束刻蝕(EB)、重粒子轟擊、納米壓印。如，2001年Li等人利用聚焦Ar離子束在SiNx膜中制造1.8nm的納米孔；2003年Dekker等人利用電子束制造出直徑為2nm的SiO₂納米孔；2012年Eugenia等人用重離子轟擊技術(shù)，加工出直徑＜10nm的納米孔通道；2019年Choi等人利用納米壓印工藝制造了孔徑＜200nm的納米孔等。

但是，F(xiàn)IB、EB技術(shù)都依賴于昂貴的大型儀器，納米孔制造成本高，制造速度慢(如，EB技術(shù)處理一個納米孔耗時可達(dá)12小時以上)；重粒子轟擊技術(shù)同樣依賴大型儀器，且由于重離子軌跡分布隨機分布在樣品中，因此難以主動地調(diào)節(jié)納米通道的位置及通道參數(shù)；納米壓印技術(shù)制造納米孔的難點在于模板制作昂貴且費時，并且納米壓印對材料基底可能會造成污染。

因此，如何提供一種空間結(jié)構(gòu)光與激光直寫制造直徑可控納米通孔的方法是本領(lǐng)域技術(shù)人員亟需解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明提供了一種三維納米通孔的制造方法，基于空間結(jié)構(gòu)光與激光直寫制造直徑可控納米通孔，利用激光直寫技術(shù)結(jié)合可調(diào)控的空間結(jié)構(gòu)光，能夠直接制造直徑＜100nm的三維納米通孔，實現(xiàn)了一種納米孔直徑可控的三維納米通孔制造方法。本發(fā)明制造方法過程簡單，成本低廉，制造周期短，能實現(xiàn)納米通孔的可控制造，為微納流控、生物醫(yī)學(xué)、仿生功能材料等領(lǐng)域的研究提供有效解決方案。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

一種三維納米通孔的制造方法，基于激光直寫系統(tǒng)，其特征在于，包括以下步驟：

制備基片：制備具有微米孔的基片并在所述基片的一面涂敷負(fù)性光刻膠薄膜；

進(jìn)行激光直寫：在所述基片的微米孔位置進(jìn)行多次曝光；

進(jìn)行光刻膠顯影：對所述負(fù)性光刻膠進(jìn)行顯影，得到三維納米通孔。

優(yōu)選的，所述進(jìn)行激光直寫過程包括：

調(diào)制激光直寫系統(tǒng)中的光場參數(shù)，獲得環(huán)形空間結(jié)構(gòu)光；

校準(zhǔn)激光焦點到微米孔中心位置，使激光焦點位于負(fù)性光刻膠薄膜中進(jìn)行多次曝光。

優(yōu)選的，獲得環(huán)形空間結(jié)構(gòu)光后的具體過程包括：

將所述環(huán)形空間結(jié)構(gòu)光外徑調(diào)節(jié)至大于所述基片上的微米孔直徑，隨后逐次減小空間結(jié)構(gòu)光拓?fù)鋽?shù)，直至控制環(huán)形空間結(jié)構(gòu)光尺寸至拓?fù)鋽?shù)為1，每對應(yīng)一個不同的拓?fù)鋽?shù)時進(jìn)行一次曝光。

優(yōu)選的，所述三維納米通孔的制造過程還包括：通過控制所述環(huán)形空間結(jié)構(gòu)光的曝光劑量來控制三維納米通孔的直徑。

優(yōu)選的，所述環(huán)形空間結(jié)構(gòu)光的中心區(qū)域的光強為零。