[發(fā)明專利]一種微納尺度三維圖形化模板及功能薄膜的制備方法

在審

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• 申請日: 2022-12-06
• 公開（公告）號: CN116219380A
• 公開（公告）日: 2023-06-06
• 發(fā)明（設計）人: 劉培;田利豐;孟祥敏
• 申請（專利權）人: 中國科學院理化技術研究所
• 主分類號: C23C14/35
• 分類號: C23C14/35;C23C14/16;C23C14/48;C23C14/54;C23C14/04;C30B25/18;C30B29/16
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 盛大文

本發(fā)明涉及薄膜材料制備領域，尤其涉及一種微納尺度三維圖形化模板及功能薄膜的制備方法。所述制備方法包括以下步驟：利用磁控濺射法在襯底上制備非晶薄膜；將所述非晶薄膜放入離子注入系統(tǒng)，按照預設的離子注入樣式進行離子注入圖形化加工。本發(fā)明方法能夠制備出起伏平滑的三維圖形化模板，簡單、經(jīng)濟、高效，并利用該襯底更好地制備具有三維圖形化結構的薄膜材料，不僅極大拓展了基礎研究空間，而且對薄膜材料表面圖形化的實際應用有巨大的推進作用。

技術領域

本發(fā)明涉及薄膜材料制備領域，尤其涉及一種微納尺度三維圖形化模板及功能薄膜的制備方法。

背景技術

薄膜材料是材料領域的重要組成部分，已經(jīng)廣泛應用于集成電路、半導體照明、醫(yī)療器械以及太陽能薄膜電池領域。材料表面的圖形化結構可以更好地調控材料的物理性能。例如陶瓷材料表面圖形化可以大大增加其表面積，顯著改變其表面物理性質，包括吸附、力學性能、親疏水性能等；圖形化藍寶石襯底上的GaN發(fā)光二極管具有更為尖銳的光致發(fā)光峰與電致發(fā)光峰；固體薄膜的表面圖形化可以提升其摩擦性能，延長其摩擦壽命。相比于平面材料，具有三維圖形化結構的薄膜材料有著更為廣泛的應用前景。

薄膜材料表面圖形化的主要方法是先在襯底表面制備圖形結構，再進行薄膜沉積操作，例如：光刻方法在襯底表面旋涂光刻膠，然后使用掩模法紫外曝光，再采用電感耦合等離子體方法刻蝕襯底表面形成所需結構，但這種方法操作相對復雜，同時光刻膠具有一定毒性；激光加工可以在襯底表面直接進行圖形化，但成本較高，同時會對襯底造成損傷，且圖案尺寸較大。

另外，光刻和激光加工等加工方法大多對襯底進行破壞性的刻蝕加工，且僅能進行垂直加工，制備的模板主要是凹入襯底內部的垂直或階梯狀結構，難以獲取起伏平緩光滑的三維結構。

發(fā)明內容

為了解決上述技術問題，本發(fā)明提供一種微納尺度三維圖形化模板及其功能薄膜的制備方法。

第一方面，本發(fā)明提供的所述微納尺度三維圖形化模板的制備方法，包括以下步驟：利用磁控濺射法在襯底上制備非晶薄膜；將所述非晶薄膜放入離子注入系統(tǒng)，按照預設的離子注入樣式進行離子注入圖形化加工。本發(fā)明針對利用現(xiàn)有薄膜制備技術制備薄膜時，難以實現(xiàn)三維微納尺度的圖形化調控等難題，提出一種用于制備微納尺度三維圖形化模板的方法，通過利用離子注入實現(xiàn)正向模板襯底的制作，降低了襯底的損耗與刻蝕損傷，這種方法至今未見報道，采用本發(fā)明方法能夠制備出起伏平滑的三維圖形化模板，本發(fā)明提出的三維圖形化襯底的制備方法簡單、經(jīng)濟、高效，并利用該襯底可以進一步更好地制備具有三維圖形化結構的薄膜材料。這不僅能極大地拓展基礎研究空間，而且對薄膜材料表面圖形化的實際應用有巨大的推進作用。

作為優(yōu)選，所述襯底包括硅片、玻璃、金屬、合金、PDMS中的一種或多種，進一步優(yōu)選，所述襯底為硅片。

進一步優(yōu)選，所述非晶材料包括Ti基非晶材料、Fe基非晶材料、Si基非晶材料中的一種或多種，進一步優(yōu)選采用TiAl靶。

本發(fā)明中，采用優(yōu)選硅片及TiAl靶有助于后續(xù)離子注入效果進一步提升三維模板襯底的制備效率。

進一步優(yōu)選，在采用上述優(yōu)選硅片及TiAl靶的基礎上，制備非晶薄膜的鍍膜工藝條件包括濺射功率80～200W，優(yōu)選100～150W。優(yōu)選的，背底真空1～5×10^-5Pa，濺射功率100～150W，濺射時間60～90min。

作為優(yōu)選，離子束注入系統(tǒng)的離子源氣體包括但不限于氫、氦，氖，氬等氣體，優(yōu)選為氦氣。

進一步優(yōu)選，采用稀有氣體作為離子注入系統(tǒng)的離子源，離子注入條件包括：加速電壓：1～40kV，束流：1pA～100nA；劑量為100～20000ions?nm^-2。