一種納米結(jié)構(gòu)及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于納米技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種納米結(jié)構(gòu)及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]大面積的納米結(jié)構(gòu)，因具有大表體比、大粗糙度、大表面積、尖端、多孔隙/縫隙等結(jié)構(gòu)特點，而呈現(xiàn)出超親/疏水、表面等離子體振蕩增強、場發(fā)射、濾光、吸光等特性，因而常常適用于自清潔表面、微流控器件、表面增強拉曼散射器件、表面等離子體紅外吸收器件、生物醫(yī)學檢測或功能器件、光電子器件、光學傳感器件、太陽能電池等新能源器件，以及一些其他應用。近年來，大面積的納米結(jié)構(gòu)成為研究的熱點。
[0003]目前，納米結(jié)構(gòu)的制備主要采用電子束光刻(Electron-Beam Lithography)、聚焦離子束(Focused 1n Beam, FIB)刻蝕、飛秒激光輔助刻蝕等方法，這些方法依賴于尖端的設備且多采用串行加工的模式，生產(chǎn)成本高，難以實現(xiàn)大規(guī)模的商業(yè)化生產(chǎn)。此外，還有自催化VLS化學合成生長技術(shù)、電化學濕法腐蝕技術(shù)和納米小球蝕刻等技術(shù)來制備納米結(jié)構(gòu)，這些技術(shù)在工藝復雜性或工藝可控性或多或少都存在問題，難以實現(xiàn)大規(guī)模的商業(yè)化生產(chǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種納米結(jié)構(gòu)的制備方法，工藝簡單且可控性強，適用于大規(guī)模的商業(yè)化生產(chǎn)。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為:
[0006]—種納米結(jié)構(gòu)的制備方法，包括:
[0007]提供襯底；
[0008]在所述襯底上形成聚合物層；
[0009]采用等離子體轟擊聚合物層，以形成柱狀納米結(jié)構(gòu)；
[0010]以柱狀納米結(jié)構(gòu)為掩蔽，對襯底進行各向異性刻蝕，以形成錐狀納米結(jié)構(gòu)；
[0011]去除柱狀納米結(jié)構(gòu)。
[0012]可選的，在去除柱狀納米結(jié)構(gòu)之后，還包括:
[0013]覆蓋金屬層，以形成SERS基底。
[0014]可選的，所述錐狀納米結(jié)構(gòu)的底部直徑為150-450nm，尖端直徑的范圍為5_25nm。
[0015]可選的，所述聚合物層包括:正性光刻膠、負性光刻膠、聚酰亞胺、聚二甲基硅氧烷或聚對二甲苯。
[0016]可選的，所述等離子體包括氬等離子體、氧等離子體或氮等離子體。
[0017]可選的，所述聚合物層的厚度為0.2-5um，等離子體氣源的流量為50_400sccm，腔體壓力位0.2Pa，射頻功率為150-350W，處理時間為10_180min。
[0018]此外，本發(fā)明還提供了一種納米結(jié)構(gòu)，包括:
[0019]襯底；
[0020]襯底上的錐狀納米結(jié)構(gòu)。
[0021]可選的，所述錐狀納米結(jié)構(gòu)的底部直徑為150-450nm，尖端直徑的范圍為5_25nm。
[0022]可選的，所述錐狀納米結(jié)構(gòu)為錐狀納米森林結(jié)構(gòu)。
[0023]可選的，還包括:覆蓋錐狀納米結(jié)構(gòu)的金屬層。
[0024]本發(fā)明實施例提供的納米結(jié)構(gòu)及其制備方法，采用等離子體技術(shù)，對聚合物層進行轟擊，在轟擊過程中，轟擊聚合物產(chǎn)生的部分產(chǎn)物會再次聚合，形成柱狀納米結(jié)構(gòu)，而后，進一步進行襯底的各向異性刻蝕，從而形成錐狀納米結(jié)構(gòu)，該錐狀納米結(jié)構(gòu)具有極大的表面積和表體比，并具有極大的粗糙度、光學吸收特性以及等離子體振蕩增強效應，可以得到廣泛的應用，同時，該方法工藝簡單且可控性強，可以批量、并行加工納米結(jié)構(gòu)，適用于大規(guī)模的商業(yè)化生產(chǎn)。
【附圖說明】
[0025]為了更清楚地說明本發(fā)明實施的技術(shù)方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0026]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的納米結(jié)構(gòu)的制備方法的流程圖；
[0027]圖2-7示出了根據(jù)本發(fā)明一實施例的制備方法形成納米結(jié)構(gòu)的過程中納米結(jié)構(gòu)的截面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖8-10示出了根據(jù)本發(fā)明另一實施例的制備方法形成納米結(jié)構(gòu)的過程中納米結(jié)構(gòu)的截面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖11-13為采用本發(fā)明實施例制備方法形成納米結(jié)構(gòu)的過程中的掃描電鏡照片；
[0030]圖14為采用本發(fā)明實施例在納米結(jié)構(gòu)上形成SERS基底的過程中的掃描電鏡照片。
【具體實施方式】
[0031]為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】做詳細的說明。
[0032]在下面的描述中闡述了很多具體細節(jié)以便于充分理解本發(fā)明，但是本發(fā)明還可以采用其他不同于在此描述的其它方式來實施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本發(fā)明內(nèi)涵的情況下做類似推廣，因此本發(fā)明不受下面公開的具體實施例的限制。
[0033]其次，本發(fā)明結(jié)合示意圖進行詳細描述，在詳述本發(fā)明實施例時，為便于說明，表示器件結(jié)構(gòu)的剖面圖會不依一般比例作局部放大，而且所述示意圖只是示例，其在此不應限制本發(fā)明保護的范圍。此外，在實際制作中應包含長度、寬度及深度的三維空間尺寸。
[0034]本發(fā)明提供了一種納米結(jié)構(gòu)的制備方法，參考圖1所示，包括:提供襯底；在所述襯底上形成聚合物層；采用等離子體轟擊聚合物層，以形成柱狀納米結(jié)構(gòu)；以柱狀納米結(jié)構(gòu)為掩蔽，對襯底進行各向異性刻蝕，以形成錐狀納米結(jié)構(gòu)；去除柱狀納米結(jié)構(gòu)。
[0035]在本發(fā)明的制備方法中，采用等離子體技術(shù)，對聚合物層進行轟擊，在轟擊過程中，轟擊聚合物產(chǎn)生的產(chǎn)物會再次聚合，形成柱狀納米結(jié)構(gòu)，而后，進一步進行襯底的各向異性刻蝕，從而形成錐狀納米結(jié)構(gòu)，該錐狀納米結(jié)構(gòu)具有極大的表面積和表體比，并具有極大的粗糙度、光學吸收特性以及等離子體振蕩增強效應，可以得到廣泛的應用，同時，該方法工藝簡單且可控性強，通過常規(guī)的半導體加工中的等離子體和刻蝕設備，即可以批量、并行加工納米結(jié)構(gòu)，適用于大規(guī)模的商業(yè)化生產(chǎn)。
[0036]為了更好的理解本發(fā)明的技術(shù)方案和技術(shù)效果，以下將結(jié)合具體的實施例進行詳細的描述。
[0037]首先，在步驟SOl，提供襯底101，如圖2所示。
[0038]在本發(fā)明的實施例中，該襯底101用于形成納米結(jié)構(gòu)，以及為后續(xù)工藝提供支撐，該襯底可以是微加工工藝中的任一合適的襯底，可以為半導體襯底，例如可以為單晶硅、多晶硅或非晶硅襯底的體襯底，還可以為復合襯底，如復合有硅層的玻璃襯底或者復合有氧化硅的硅襯底等。在本實施例中，所述襯底101為單晶硅襯底。
[0039]接著，在步驟S02，在所述襯底101上形成聚合物層201，參考圖3和圖8所示。
[0040]在本發(fā)明實施例中，所述聚合物層201的材料可以為正性光刻膠、負性光刻膠、聚酰亞胺、聚二甲基硅氧烷(PDMS)或聚對二甲苯(Parylene)等，還可以為其他可以通過等離子體轟擊刻蝕的聚合物材料，聚合物層的厚度可以為0.2um-5um。
[0041]在一個具體的實施例中，如圖3所示，可以在襯底101上旋涂一層聚合物材料，來形成聚合物層201，在一個具體的實施例中，所述聚合物層201的材料可以為聚酰亞胺，通過旋涂工藝覆蓋該聚合物層201，在旋涂時，轉(zhuǎn)速可以為2500rpm，旋涂時間可以為40s，在旋涂后進行烘烤工藝，可以將上述形成有聚合物層201的襯底101放置于熱板上進行烘烤，烘烤的溫度為100°C，烘烤的時間為lOmin，得到厚度為0.9um的聚合物層。
[0042]在另一些實施例中，在覆蓋聚合物層201之后，可以進一步進行圖案化，僅在所需要的區(qū)域的襯底上形成聚合物層201，如圖8所示。具體的實施例中，首先，可以采用上述實施例中的方法，先在襯底101上覆蓋聚合物層201，如圖3所示，而后，對聚合物層201進行圖案化，僅在部分區(qū)域的襯底上形成聚合物層201，如圖8所示，可以先覆蓋掩膜層(圖未示出)，而后，在掩膜層的掩蓋下，對聚合物層201進行刻蝕，并去除掩膜層，從而形成圖案化的聚合物層201。
[0043]在其他一些實施例中，對于正性光刻膠、負性光刻膠或其它光敏的聚合物材料，可以直接采用光刻、顯影的方法來形成圖案化的聚合物層201。
[0044]而后，在步驟S03，采用等離子體轟擊聚合物層201，以形成柱狀納米結(jié)構(gòu)301，參考圖4或圖9所示。
[0045]在本發(fā)明實施例中，可以采用半導體工藝中的等離子體清洗設備進行該等離子體轟擊的工藝，等離子體可以為氬等離子體、氧等離子體或氮等