專利名稱：三維納米結(jié)構(gòu)陣列的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種三維納米結(jié)構(gòu)陣列的制備方法。
背景技術(shù)：
納米材料自問世以來，受到科學(xué)界追捧，成為材料科學(xué)現(xiàn)今最為活躍的研究領(lǐng)域。納米材料根據(jù)不同尺和性質(zhì)，在電子行業(yè)、生物醫(yī)藥、環(huán)保、光學(xué)等領(lǐng)域都有著開發(fā)的巨大潛能。在將納米材料應(yīng)用到各行各業(yè)的同時，對納米材料本身的制備方法和性質(zhì)的研究也是目前國際上非常重視和爭相探索的方向。納米材料按維度分類，大致可分為四類零維、ー維、ニ維和三維納米材料。如果ー個納米材料的尺度在X、Y和Z三維空間受限，則稱為零維，如納米粒子；如果材料只在兩個空間方向上受限，則稱為ー維，如納米線和納米管；如果是在一個空間方向上受限，則稱為ニ維納米材料，如石墨烯；如果在X、Y和Z三個方向上都不受限，但材料的組成部分是納米孔、納米粒子或納米線，就被稱為三維納米結(jié)構(gòu)材料。納米材料作為新興的材料，目前最大的問題是如何制備批量、均勻、純凈的這種微型物質(zhì)，從而進(jìn)ー步研究這類材料的實際性能及其機理。從目前的研究情況來看，在諸多納米材料中，一維的碳納米管和ニ維的石墨烯材料的研究熱度最高，而三維納米結(jié)構(gòu)的報道比較少，通常為納米球、納米柱等結(jié)構(gòu)簡單的三維納米結(jié)構(gòu)。
發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，有必要提供ー種結(jié)構(gòu)復(fù)雜、高均勻度的三維納米結(jié)構(gòu)陣列的制備方法。一種三維納米結(jié)構(gòu)陣列的制備方法，包括以下步驟提供一村底；在所述襯底的表面形成一掩模層；納米壓印所述掩模層，使所述掩模層表面形成并排延伸的多個條形凸起結(jié)構(gòu)，相鄰的條形凸起結(jié)構(gòu)之間形成溝槽；刻蝕所述掩模層，使對應(yīng)掩模層溝槽位置的襯底表面部分暴露；刻蝕所述襯底，使所述掩模層的所述多個條形凸起結(jié)構(gòu)中相鄰條形凸起結(jié)構(gòu)依次兩兩閉合，形成多個三維納米結(jié)構(gòu)預(yù)制體；以及去除所述掩模層，形成三維納米結(jié)構(gòu)陣列。—種三維納米結(jié)構(gòu)陣列的制備方法，包括以下步驟提供一村底；在所述襯底的表面形成一掩模層，所述掩模層包括并排延伸的多個條形凸起結(jié)構(gòu)，相鄰的條形凸起結(jié)構(gòu)之間形成凹槽；刻蝕所述襯底，使所述掩模層的所述多個條形凸起結(jié)構(gòu)中相鄰條形凸起結(jié)構(gòu)依次兩兩閉合，形成多個三維納米結(jié)構(gòu)預(yù)制體；以及去除所述掩摸，形成M形三維納米結(jié)構(gòu)陣列。與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明通過納米壓印與反應(yīng)性刻蝕氣氛刻蝕相結(jié)合的方法制備多個三維納米結(jié)構(gòu)形成大面積的三維納米結(jié)構(gòu)陣列，且形成的三維納米結(jié)構(gòu)分布均勻，該方法エ藝簡單，成本低廉。
圖1為本發(fā)明第一實施例提供的三維納米結(jié)構(gòu)陣列的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為圖1所示的三維納米結(jié)構(gòu)陣列沿I1-1I線的剖視圖。圖3為圖1所示的三維納米結(jié)構(gòu)陣列的掃描電鏡照片。圖4為本發(fā)明第一實施例提供的三維納米結(jié)構(gòu)陣列的制備方法的エ藝流流程圖。圖5為圖4所示的制備方法中形成的三維納米結(jié)構(gòu)預(yù)制體的結(jié)構(gòu)示意圖。圖6為本發(fā)明第二實施例提供的三維納米結(jié)構(gòu)陣列的結(jié)構(gòu)示意圖。圖7為圖6所示的三維納米結(jié)構(gòu)陣列沿VI1-VII線的剖視圖。圖8為本發(fā)明第三實施例提供的三維納米結(jié)構(gòu)陣列的結(jié)構(gòu)示意圖。圖9為圖8所示的三維納米結(jié)構(gòu)陣列沿IX-1X線的剖視圖。主要元件符號說明
權(quán)利要求
1.一種三維納米結(jié)構(gòu)陣列的制備方法，包括以下步驟 提供一襯底； 在所述襯底的表面形成一掩模層； 納米壓印所述掩模層，使所述掩模層表面形成并排延伸的多個條形凸起結(jié)構(gòu)，相鄰的條形凸起結(jié)構(gòu)之間形成溝槽； 刻蝕所述掩模層，使對應(yīng)掩模層溝槽位置的襯底表面部分暴露； 刻蝕所述襯底，使所述掩模層的所述多個條形凸起結(jié)構(gòu)中相鄰條形凸起結(jié)構(gòu)依次兩兩閉合，形成多個三維納米結(jié)構(gòu)預(yù)制體；以及 去除所述掩模層，形成三維納米結(jié)構(gòu)陣列。
2.如權(quán)利要求1所述的三維納米結(jié)構(gòu)陣列的制備方法，其特征在于，所述刻蝕襯底的過程中，相鄰兩個條形凸起結(jié)構(gòu)的頂端逐漸靠在一起，使所述多個條形凸起結(jié)構(gòu)兩兩閉合。
3.如權(quán)利要求2所述的三維納米結(jié)構(gòu)陣列的制備方法，其特征在于，在所述相鄰兩個條形凸起結(jié)構(gòu)閉合的過程中，對應(yīng)閉合位置處的襯底被刻蝕的速度小于未閉合位置處襯底被刻蝕的速度。
4.如權(quán)利要求1所述的三維納米結(jié)構(gòu)陣列的制備方法，其特征在于，所述閉合的兩個條形凸起結(jié)構(gòu)之間的襯底表面形成第一凹槽，未閉合的相鄰的兩個凸起結(jié)構(gòu)之間的襯底表面形成第二凹槽，且所述第一凹槽的深度小于第二凹槽的深度。
5.如權(quán)利要求1所述的三維納米結(jié)構(gòu)陣列的制備方法，其特征在于，所述刻蝕襯底的方法為等離子體刻蝕，具體包括以下步驟 對未被掩模層覆蓋的襯底表面進(jìn)行刻蝕，使襯底表面形成多個凹槽，所述凹槽的深度基本相同； 在所述等離子體的轟擊作用下，所述掩模中相鄰的兩個條形凸起結(jié)構(gòu)逐漸相向傾倒，使所述兩個條形凸起結(jié)構(gòu)的頂端逐漸兩兩靠在一起而閉合，所述等離子體對該閉合位置內(nèi)所述襯底的刻蝕速率逐漸減小，從而在襯底的表面形成第一凹槽，在未發(fā)生閉合的兩個條形凸起結(jié)構(gòu)之間的襯底表面形成第二凹槽，且形成的所述第二凹槽的深度大于所述第一凹槽的深度。
6.如權(quán)利要求1所述的三維納米結(jié)構(gòu)陣列的制備方法，其特征在于，所述襯底的刻蝕方法為在一感應(yīng)耦合等離子體系統(tǒng)中通過等離子體刻蝕的方法。
7.如權(quán)利要求6所述的三維納米結(jié)構(gòu)陣列的制備方法，其特征在于，所述等離子體系統(tǒng)的功率為low 150W。
8.如權(quán)利要求6所述的三維納米結(jié)構(gòu)陣列的制備方法，其特征在于，所述等離子體刻蝕中的刻蝕氣體包括Cl2、BC13、O2及Ar2氣體。
9.如權(quán)利要求8所述的三維納米結(jié)構(gòu)陣列的制備方法，其特征在于，所述混合氣體的通入速率為8sccnTl50sccm，形成的氣壓為O. 5帕 15帕，刻蝕時間為5秒飛分鐘。
10.如權(quán)利要求9所述的三維納米結(jié)構(gòu)陣列的制備方法，其特征在于，所述Cl2的通入速率為2sccm 60sccm,所述BCl3的通入速率為2sccm 30sccm,所述O2的通入速率為3sccm 40sccm,所述Ar2的通入速率為Isccm 20sccm。
11.如權(quán)利要求10所述的三維納米結(jié)構(gòu)陣列的制備方法，其特征在于，所述等離子系統(tǒng)的功率為70W，氣壓為2Pa，刻蝕時間為120秒，所述Cl2的通入速率為26sccm，所述BCl3的通入速率為16sccm,所述O2的通入速率為20sccm,所述Ar2的通入速率為lOsccm。
12.如權(quán)利要求1所述的三維納米結(jié)構(gòu)陣列的制備方法，其特征在于，所述掩模包括一第一掩模及第二掩模依次層疊設(shè)置于襯底表面。
13.如權(quán)利要求12所述的三維納米結(jié)構(gòu)陣列的制備方法，其特征在于，所述第一掩模的厚度為100納米 500納米，所述第二掩模的厚度為100納米 500納米，所述第一掩模的材料為ZEP520A，所述第二掩模的材料為HSQ。
14.如權(quán)利要求12所述的三維納米結(jié)構(gòu)陣列的制備方法，其特征在于，所述掩模層的納米壓印及刻蝕包括以下步驟 提供一表面具有納米圖形的模板； 將模板形成有納米圖形的表面與所述第二掩模貼合； 在常溫下擠壓所述模板與襯底后并脫模，在第二掩模中形成多個凹槽； 通過刻蝕去除所述凹槽底部的部分第二掩模，露出第一掩模； 刻蝕凹槽底部的第一掩模，露出襯底。
15.一種三維納米結(jié)構(gòu)陣列的制備方法，包括以下步驟 提供一襯底； 在所述襯底的表面形成一掩模層，所述掩模層包括并排延伸的多個條形凸起結(jié)構(gòu)，相鄰的條形凸起結(jié)構(gòu)之間形成凹槽； 刻蝕所述襯底，使所述掩模層的所述多個條形凸起結(jié)構(gòu)中相鄰條形凸起結(jié)構(gòu)依次兩兩閉合，形成多個三維納米結(jié)構(gòu)預(yù)制體；以及 去除所述掩模，形成M形三維納米結(jié)構(gòu)陣列。
全文摘要
本發(fā)明提供一種三維納米結(jié)構(gòu)陣列的制備方法，包括以下步驟提供一襯底；在所述襯底的表面形成一掩模層；納米壓印所述掩模層，使所述掩模層表面形成并排延伸的多個條形凸起結(jié)構(gòu)，相鄰的條形凸起結(jié)構(gòu)之間形成溝槽；刻蝕所述掩模層，使對應(yīng)掩模層溝槽位置的襯底表面部分暴露；刻蝕所述襯底，使所述掩模層的所述多個條形凸起結(jié)構(gòu)中相鄰條形凸起結(jié)構(gòu)依次兩兩閉合，形成多個三維納米結(jié)構(gòu)預(yù)制體；以及去除所述掩模層，形成三維納米結(jié)構(gòu)陣列。
文檔編號B82Y40/00GK103030107SQ20111029290
公開日2013年4月10日 申請日期2011年10月6日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月6日
發(fā)明者朱振東, 李群慶, 張立輝, 陳墨, 金元浩, 范守善 申請人:清華大學(xué), 鴻富錦精密工業(yè)(深圳)有限公司