专利名称：具有纳米尺寸孔的多比例悬臂结构及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种具有纳米尺寸孔的悬臂结构及其制备方法，更特别地，涉及一种具有使用阳极氧化和电抛光制备的纳米尺寸孔的多孔的多比例悬臂结构及其制备方法。
背景技术：
传统的电或光检测微粒子的系统是石英晶体质量平衡(QCM)。然而，QCM的石英单晶体是易碎的，以致于QCM不能变小及变薄，并且不适于大量生产。
然而，基于近来将电和机械组件联合成超小型化的微电子机械系统(MEMS)的小型传感器吸引了人们的注意，因为该传感器响应迅速、具有高灵敏度，并且适于大量生产。
通过应用微电子制造，其中重复执行如沉积、蚀刻等过程，MEMS能够以低成本实现超小型化产品的大量生产。此外，MEMS使用驱动力如带电粒子之间的库仑力、磁力、热膨胀差异产生的力等，并且该超小型化的产品因为它们的小尺寸极大地减少了它们的功耗。因此，MEMS的重要性与纳米技术和芯片上系统(SOC)技术一起突显出来。
近来，为了检测物理现象或化学反应，已经进行了许多研制基于MEMS处理的悬臂的传感器的研究。
附图1A至1C是说明制备这种传统的悬臂结构的方法的流程图。首先，在附图1A中，在衬底1上形成牺牲层2，然后使用掩模在牺牲层2上形成图案。在附图1B中，将要成为悬臂3的材料沉积在牺牲层2上，然后使用另一掩模形成要成为悬臂3的材料的图案。随后，当去除牺牲层2时，就形成了如图1C所示的传统的悬臂结构。
通过使用光源如激光器吸收热或气体，使用研究中的悬臂的传感器根据质量变化等测量该悬臂的静载挠度。然而，在使用光源(如激光器)的传统的传感器的情况下，该传感器必须具有光源，因而限制了降低该传感器的尺寸。
除了采用激光器通过静载挠度进行感应的方法，还有一种使用谐振频率中的变化的感应方法。Oak Ridge National Lab的Thundat等人在AppliedPhysics Letters 80，2219-2221(2002)中证实由于谐振频率测量导致的、在微悬臂表面上的Na+离子吸收所引起的弹簧常数变化可以被测量。此外，IBM Swiss Zurich实验室中的研究员报道可以将谐振频率测量的感应方法用于感应空气中的预定气体。
然而，上述所有的方法都是使用悬臂表面上的反应。因此，为了即使在低驱动电压时也能获得高灵敏度，理想的是该悬臂具有更大的表面积。然而，在具有恒定尺寸的悬臂结构中增加的表面积是有限的。此外，还有一种通过在悬臂结构的表面上使用利用电子束(E-beam)的光刻方法、扫描隧道显微镜(STM)等来制备纳米孔，从而增加悬臂结构的表面积的方法。然而，当使用该方法时，制造成本很高，制造过程很复杂，并且生产量非常受限。
发明内容
本发明提供一种具有使用阳极氧化和电抛光制备的纳米尺寸孔的多比例悬臂结构。
本发明还提供一种制备具有纳米尺寸孔的多比例悬臂结构的方法。
本发明的目的可以通过下面描述的本发明的构造全部实现。
根据本发明的一个方面，提供一种多比例悬臂结构，包括包括铝衬底的第一层，所述铝衬底包括具有高度t1的第一区域和具有大于t1的高度t2的第二区域；在所述第一层上形成的第二层，包括由氧化铝构成的悬臂，其中所述悬臂包括连接到第二区域的主体和从所述主体向所述第一区域凸出的凸出部分，所述凸出部分与所述第一区域的表面隔开；在所述第二层上形成的第三层，包括金属薄膜层；以及在所述第三层上形成的第四层。
根据本发明的另一个方面，提供一种多比例悬臂结构，包括包括铝衬底的第一层，所述铝衬底包括具有高度t1的第一区域和具有大于t1的高度t2的第二区域；以及在所述第一层上形成的第二层，包括由氧化铝构成的悬臂，其中所述悬臂包括连接到所述铝衬底的第二区域的主体和从所述主体向所述第一区域凸出并且与所述第一区域的表面隔开的凸出部分，以及向外部露出的纳米尺寸孔。
根据本发明的另一个方面，提供一种制备多比例悬臂结构的方法，包括通过阳极氧化铝衬底形成具有多个纳米尺寸孔的氧化铝层；通过在所述氧化铝层上顺序沉积金属薄膜层和光刻胶层形成第一结构；通过在所述第一结构上排列具有凸形横截面图案的掩模、然后曝光所述光刻胶层、并且显影所述光刻胶层，形成具有凸形横截面的光刻胶层图案；通过湿式刻蚀所述金属薄膜层，其中使用光刻胶层图案作为掩模并且使用金属蚀刻溶液，在未被所述图案覆盖的区域上去除所述金属薄膜层，形成具有凸形横截面的金属薄膜层图案；通过湿式蚀刻所述氧化铝层，其中使用金属薄膜层图案作为掩模并且使用氧化铝蚀刻溶液，去除未被所述金属薄膜层图案覆盖的氧化铝层，形成具有凸形横截面的第二结构；以及通过电抛光所述铝衬底，以通过表面反应在未被所述第二结构覆盖的第一区域中去除所述铝衬底的顶部，形成与所述铝衬底的第一区域的表面隔开的悬臂。
在本发明中使用的术语“多比例”表示根据本发明的悬臂结构具有多层结构。
在根据本发明的多比例悬臂结构及其制备方法中，使用由阳极氧化制备的氧化铝在悬臂结构内形成纳米尺寸孔。与传统的方法如电子束光刻不同，根据本发明的方法不需要复杂和昂贵的过程。此外，悬臂结构包括纳米尺寸孔，以便可以显著地增加悬臂结构的表面积。当在传感器中使用这种悬臂结构时，该传感器可以具有改进的灵敏度和选择性。
通过参照附图详细地描述其示范性实施方案，本发明的上面和其它特征以及优点将变得更加显而易见，其中附图1A至1C说明制备传统的悬臂结构的方法的流程图；附图2是说明根据本发明实施方案的多比例悬臂结构的透视图；附图3是根据本发明的实施方案沿10-10’线的多比例悬臂结构的横截面图；附图4至6是根据本发明的多个实施方案沿10-10’线的多比例悬臂结构的横截面图；附图7A至7F是根据本发明的实施方案制备多比例悬臂结构的方法的流程图；附图8是根据本发明的实施方案制备的多比例悬臂结构的SEM图。
具体实施例方式
下文将参照附图详细描述根据本发明实施方案的多比例悬臂结构及其制备方法。
附图2是说明根据本发明的实施方案的多比例悬臂结构的透视图，附图3是根据本发明的实施方案沿10-10’线的多比例悬臂结构的横截面图。
参照附图2和3，根据本发明的实施方案的多比例悬臂结构包括包括铝衬底的第一层110，该铝衬底包括具有高度t1的第一区域和具有大于t1的高度t2的第二区域；在第一层上形成的第二层120，包括由氧化铝构成的悬臂，其中所述悬臂包括连接到第二区域的主体和从主体向第一区域凸出的凸出部分，该凸出部分与第一区域的表面隔开；在第二层上形成的第三层130，其包括金属薄膜层；以及在第三层上形成的第四层140。
在根据本发明的当前实施方案的多比例悬臂结构中，理想的是第四层140是光刻胶层，以便容易通过蚀刻转换成其它结构。
此外，在多比例悬臂结构中，第四层可以是纳米珠粒层(nanobeadlayer)、空穴配体受体层(cavitand receptor layer)、薄聚合膜层、金属氧化物薄膜层，有机受体层或自组装单分子层(SAM)。在将这些材料用作第四层的多比例悬臂结构中，该悬臂可以具有改进的响应速度和选择性。
在当前的实施方案中，悬臂120由氧化铝构成，并且在悬臂120的内部形成以高密度集成的纳米尺寸孔。在阳极氧化的过程中，可以通过电解液的种类、电解液的温度，施加的电压等容易地调整在悬臂120中形成的纳米尺寸孔的直径120C、纳米尺寸孔之间的距离120D以及每单位面积纳米尺寸孔的数量。此外，在阳极氧化的过程中，可以通过施加电压的时间等控制悬臂120的厚度。
附图4是根据本发明另一个实施方案的多比例悬臂结构的横截面图。
参照附图4，根据本发明的当前实施方案的多比例悬臂结构是由具有高度t1的第一区域和在铝衬底上形成的氧化铝构成的悬臂，并且包括连接到铝衬底的第二区域的主体和从主体向着第一区域凸出并且与第一区域的表面隔开的凸出部分，以及具有多个向外露出的纳米尺寸孔的第二层。
根据附图4所示的本发明另一个实施方案的多比例悬臂结构不包括根据附图3所示的本发明的实施方案的多比例悬臂结构的金属薄膜层和第四层。
当经过电抛光在铝衬底110中形成t1和t2之间的高度差时，在悬臂120上形成的金属薄膜层130和在金属薄膜层130上形成的第四层140保护悬臂120。因此，通常，当去除金属薄膜层130和第四层140时，优选最后去除金属薄膜层130和第四层140，以便使施加于悬臂120的破坏最小化。
在本发明的当前实施方案中，当在形成悬臂120之后去除金属薄膜层130时，可能破坏悬臂120。因而，为了在去除金属薄膜层的过程中使悬臂120的破坏最小化，在制备第二结构的过程中蚀刻氧化铝层，然后使用有机溶剂如丙酮去除第四层140。然后，执行湿式蚀刻，以便预先去除金属薄膜层130。其后，执行电抛光，以形成其纳米尺寸孔被露出的悬臂120。
附图5是根据本发明实施方案的多比例悬臂结构的横截面图。
参照附图5，将铝衬底阳极氧化以形成氧化铝，然后经过压降等使屏障120B变薄。然后，执行随后的过程以形成第二结构，去除第四层140和金属薄膜层130，并且形成悬臂结构。其后，通过湿式蚀刻去除变薄的屏障120B，以形成具有如附图5所示的隔膜结构的多比例悬臂结构。具有隔膜结构的多比例悬臂结构的表面积增加更多，因而该悬臂可以具有更加改进的响应速度和选择性。
附图6是根据本发明实施方案的多比例悬臂结构的横截面图。
参照附图6，根据本发明当前实施方案的多比例悬臂结构可以进一步包括填充悬臂120的纳米尺寸孔的预定材料150。该预定材料可以是金属、金属氧化物、导电聚合物、磁性材料、压电材料、荧光材料、发光材料、碳纳米管(CNT)、纳米线，DNA或干细胞。在附图6中，举例说明了去除了金属薄膜层130和第四层140的多比例悬臂结构。然而，可以通过用预定材料150填充未将金属薄膜层130和第四层140去除的多比例悬臂结构的纳米尺寸孔。
在本发明的当前实施方案中，在氧化铝内形成的纳米尺寸孔通常具有排列很好的六角形结构。然而，如果需要六角形结构之外的其它排列很好的结构，该纳米尺寸孔可以具有其它的形状如圆形，三角形或长方形。通过在执行阳极氧化之前使用纳米压头制造所需的形状的凹陷、然后执行阳极氧化以形成氧化铝，可以形成具有这种其它形状的纳米尺寸孔。
附图7A至7F是说明制备根据本发明实施方案的多比例悬臂结构的方法的流程图。
参照附图7A至7F，制备根据本发明的当前实施方案的多比例悬臂结构的方法包括通过阳极氧化铝衬底形成具有多个纳米尺寸孔的氧化铝层；通过在氧化铝层上顺序沉积金属薄膜层和光刻胶层形成第一结构；通过在第一结构上排列具有凸形横截面图案的掩模，然后将光刻胶层曝光并且显影该光刻胶层，形成具有凸形横截面的光刻胶层图案；通过湿式蚀刻金属薄膜层，其中使用光刻胶层图案作为掩模并且使用金属蚀刻溶液，去除未被该图案覆盖的区域上的金属薄膜层，形成具有凸形横截面的金属薄膜层图案；通过湿式蚀刻氧化铝层，其中使用金属薄膜层图案作为掩模并且使用氧化铝蚀刻溶液，去除未被金属薄膜层图案覆盖的氧化铝层，形成具有凸形横截面的第二结构；以及通过电抛光铝衬底，以通过表面反应在未被第二结构覆盖的第一区域中去除铝衬底的顶部，形成与铝衬底的第一区域的表面隔开的悬臂。
下文将参照附图7A至7F更详细描述制备多比例悬臂结构的方法。
首先，附图7A举例说明了通过阳极氧化铝衬底110形成具有多个纳米尺寸孔120A的氧化铝层120的方法。在此，更详细地描述通过阳极氧化制备氧化铝层120的方法，以及在氧化铝层中制备纳米尺寸孔的方法。
首先，执行电抛光，以去除铝衬底110的表面的粗糙。然后，在磷酸、草酸、硫酸，磺酸或铬酸的电解质水溶液中将铝衬底110设置成阳极，然后将大约1-200V的直流电压施加于阳极，以将铝衬底110转换成包括具有纳米尺寸直径的孔的氧化铝层120。铝衬底转换成氧化铝层的程度与阳极氧化的时间成比例。例如，当在15℃的反应温度、40V的电压和0.3M的草酸水溶液的条件下执行阳极氧化时，以每10分钟大约1μm的厚度将铝衬底转换成氧化铝层。
通过阳极氧化在氧化铝层120上形成的纳米尺寸孔可以具有六角形形状。此外，通过在执行阳极氧化之前使用纳米压头来制造所需的形状的凹陷、然后执行阳极氧化以形成氧化铝，可以形成具有如圆形、三角形、长方形形状等的纳米尺寸孔。
在阳极氧化的过程中，可以通过施加的电压、电解液的种类、电解液的浓度、电解液的温度等容易地调整纳米尺寸孔的直径120C，纳米尺寸孔之间的距离120D和每单位面积纳米尺寸孔的数量。例如，当在25V的电压、10℃的反应温度和0.3M的硫酸水溶液的条件下执行阳极氧化时，形成的纳米尺寸孔具有大约20nm的直径121C，纳米尺寸孔之间的距离120D大约是60nm。当在40V的电压、15℃的反应温度和0.3M的草酸水溶液的条件下执行阳极氧化时，形成的纳米尺寸孔具有大约40nm的直径120C，并且纳米尺寸孔之间的距离120D大约是100nm。当在160V的电压、0℃的反应温度和0.3M的磷酸水溶液的条件下执行阳极氧化时，形成的纳米尺寸孔具有大约100nm的直径120C，并且纳米尺寸孔之间的距离120D大约是450nm。每单位面积形成的纳米尺寸孔的数量通常大约是108～1011个/cm2，该数量取决于施加的电压。通过阳极氧化形成的纳米尺寸孔的直径120C大约是4-300nm。通过化学后处理(使用磷酸、氢氧化钠等)且不改变每单位面积形成的纳米尺寸孔的数量，可以控制纳米尺寸孔的直径120C。
附图7B举例说明了通过在氧化铝层上顺序沉积金属薄膜层和光刻胶层形成第一结构的方法。在此，术语“第一结构”表示在执行蚀刻之前的过程中的四层结构。
参照附图7B，使用溅射或电子束沉积，在通过阳极氧化形成的氧化铝层120上沉积金属薄膜层130，然后使用旋涂，在沉积的金属薄膜层130上形成光刻胶层140。在此，理想的是该金属薄膜层是铝薄膜层。
附图7C举例说明了通过在第一结构上排列具有凸形横截面图案的掩模，然后曝光该掩模并且显影该掩模，从而形成具有凸形横截面图案的光刻胶层的方法。
参照附图7C，首先，将具有凸形图案的掩模160安装在光刻胶层140上，然后将光刻胶层140曝光，以蚀刻未被掩模覆盖的光刻胶层的一部分。然后，当去除掩模时，可以如附图7B所示地显影具有凸形横截面图案的光刻胶层140。在附图7C中，右面的图举例说明了刻蚀光刻胶层并且去除掩模之后的结构的横截面图，下面的图举例说明了当在蚀刻光刻胶层140之前在光刻胶层140上沉积掩模时的结构的平面图。可以在附图7C的下面的图中看到，当光刻胶层的蚀刻和掩模的去除终止时，在顶部上形成具有凸形横截面图案的光刻胶层140。
附图7D举例说明了通过湿式蚀刻金属薄膜层形成具有凸形横截面图案的金属薄膜层的方法，其中使用光刻胶层作为掩模并且使用金属蚀刻溶液，以去除未被光刻胶层图案覆盖的金属薄膜层的一部分。
参照附图7D，通过应用可以蚀刻在包括光刻胶层图案的结构上的金属的蚀刻溶液，蚀刻具有凸形形状的光刻胶层140图案的外部。在本发明当前的实施方案中，当金属薄膜层是铝薄膜层时，理想的是该蚀刻溶液是铝蚀刻溶液。例如，可以将包括质量比是16∶2∶1∶1的H3PO4、H2O、CH3COOH和HNO3的溶液用作蚀刻溶液。通过在室温将根据本发明当前实施方案的结构浸入蚀刻溶液、搅拌被浸入的结构持续二十分钟以去除铝层130、和将在光刻胶层140上显影的图案转换成铝层，可以执行铝薄膜层蚀刻。然而，铝蚀刻溶液也可以蚀刻氧化铝层120。因此，当将该结构长时间浸入铝蚀刻溶液时，也蚀刻了形成悬臂的氧化铝层120，因而不能形成具有所需形状的悬臂。因此，必须将该结构浸入蚀刻溶液预定的时间。
附图7E举例说明了通过湿式蚀刻铝层，其中使用金属薄膜层图案作为掩模并且使用氧化铝蚀刻溶液以去除未被金属薄膜层图案覆盖的氧化铝层的一部分，形成具有凸形横截面的第二结构的方法。
参照附图7E，执行湿式蚀刻，其中使用在附图7D中形成的金属薄膜层130作为掩模并且使用氧化铝蚀刻溶液。在本发明当前实施方案中使用的氧化铝蚀刻溶液是5重量％的H3PO4溶液，并且可以在室温使用。将氧化铝层120浸入溶液中并且搅拌，以便蚀刻。结果，形成具有凸形形状的第二结构。此时，搅拌时间由氧化铝层120的厚度确定。在此，“第二结构”是在通过电抛光蚀刻铝衬底之前的过程中的四层结构，并且表示具有凸形形状的结构。
制备根据本发明实施方案的具有纳米尺寸孔的多比例悬臂结构的方法可以进一步包括向外部露出的悬臂120的纳米尺寸孔。在形成具有凸形形状的第二结构之后通过使用有机溶剂如丙酮去除光刻胶层140，并且通过湿式蚀刻去除金属薄膜层130，从而向外露出悬臂120的纳米尺寸孔。
附图7F举例说明了通过电抛光铝衬底，以通过表面反应在未被第二结构覆盖的第一区域上去除铝衬底的顶部，形成与铝衬底的第一区域的表面隔开的悬臂的方法。
参照附图7F，通过电抛光去除布置在第二结构的氧化铝层120之下的第一区域中的铝，以完成具有一端与铝衬底的第一区域隔开的悬臂的结构。当使用可以同时蚀刻铝和氧化铝的蚀刻溶液执行电抛光时，不能形成具有所需形状的悬臂结构。因此，理想的是使用可以选择性地只蚀刻铝的蚀刻溶液。在本发明的当前实施方案中，理想的是铝蚀刻溶液是包括体积比是1∶4的高氯酸和乙醇的溶液，并且可以在5℃和20V的电压下使用该铝蚀刻溶液执行电抛光。在此，“电抛光”是通过将铝衬底的第一区域浸入铝蚀刻溶液，然后将正电压施加于铝衬底并且将负电压施加于铂或碳电极，以便从铝衬底电离铝金属离子，从而蚀刻铝衬底。电抛光的时间取决于悬臂的所需宽度。
为了在根据本发明的方法形成悬臂之后形成具有隔膜结构的悬臂，在形成具有凸形横截面的第二结构之后可以进一步包括去除光刻胶层140和金属薄膜层130的方法。此外，通过在形成悬臂之后湿法蚀刻氧化铝的下部，可以进一步包括去除屏障层的方法。
在当前的实施方案中，通过上面的过程形成的具有多比例悬臂结构的悬臂120包括以高密度集成在悬臂120内部中的纳米尺寸孔。
此外，制备多比例悬臂结构的方法可以进一步包括在形成悬臂之后去除光刻胶层140，并且在金属薄膜层130上形成纳米珠粒层、空穴配体受体层、薄聚合膜层、金属氧化物薄膜层，有机受体层或自组装单分子层(SAM)。包括通过上面的过程形成的材料层的多比例悬臂结构可以具有更加改进的响应速度或选择性。
此外，在本发明的当前实施方案中，当在形成铝衬底之后，重复执行在用预定的材料150填充氧化铝内的纳米尺寸孔之后形成和去除金属薄膜层130和光刻胶层140的方法时，可以制备纳米尺寸孔内包括预定材料的悬臂结构。在此，该预定材料可以是金属、金属氧化物、导电聚合物、磁性材料、压电材料、荧光材料、发光材料、碳纳米管(CNT)、纳米线，DNA或干细胞。
附图8是根据本发明的实施方案制备的多比例悬臂结构的SEM图。可以在附图8中看到，制备的悬臂结构包括一端与铝衬底的表面隔开的悬臂，这是由于去除了在该悬臂之下布置的铝衬底。
根据本发明的多比例悬臂结构在由阳极氧化制备的氧化铝内具有多个纳米尺寸孔。因此，不需要像在现有技术中增加表面积所需的复杂和昂贵的过程，并且可以极大地增加悬臂结构的表面积。
因此，使用根据本发明的多比例悬臂结构及其制备方法时，可以简单地获得灵敏度和选择性得到改进的精确的传感器。
虽然参照其示范性的实施方案特别显示和描述了本发明，但是本领域的技术人员应当理解，在不脱离后附权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下，可以进行形式和细节上的各种改变。
权利要求
1.一种多比例悬臂结构，包括包括铝衬底的第一层，所述铝衬底包括具有高度t1的第一区域和具有大于t1的高度t2的第二区域；在所述第一层上形成的第二层，所述第二层包括由氧化铝构成的悬臂，其中所述悬臂包括连接到第二区域的主体和从所述主体向所述第一区域凸出的凸出部分，所述凸出部分与所述第一区域的表面隔开；在所述第二层上形成的第三层，所述第三层包括金属薄膜层，以及在所述第三层上形成的第四层。
2.如权利要求1所述的多比例悬臂结构，其中所述第四层是光刻胶层。
3.如权利要求1所述的多比例悬臂结构，其中所述第四层是纳米珠粒层、空穴配体受体层，薄聚合膜层、金属氧化物薄膜层，有机受体层或自组装单分子层(SAM)。
4.如权利要求1所述的多比例悬臂结构，其中所述悬臂是具有纳米尺寸孔的多孔结构。
5.一种多比例悬臂结构，包括包括铝衬底的第一层，所述铝衬底包括具有高度t1的第一区域和具有大于t1的高度t2的第二区域；以及在所述第一层上形成的第二层，所述第二层包括由氧化铝构成的悬臂，其中所述悬臂包括连接到所述铝衬底的第二区域的主体、从所述主体向所述第一区域凸出并且与所述第一区域的表面隔开的凸出部分、以及向外部露出的纳米尺寸孔。
6.如权利要求5所述的多比例悬臂结构，其中所述悬臂是具有纳米尺寸孔的多孔结构。
7.如权利要求1或5所述的多比例悬臂结构，其中所述悬臂是隔膜结构，不包括在其下部上的屏障层。
8.如权利要求4或6所述的多比例悬臂结构，其中所述纳米尺寸孔填充有预定的材料。
9.如权利要求8所述的多比例悬臂结构，其中所述预定的材料是金属、金属氧化物、导电聚合物、磁性材料、压电材料、荧光材料、发光材料、碳纳米管(CNT)、纳米线，DNA或干细胞。
10.如权利要求4或6所述的多比例悬臂结构，其中所述纳米尺寸孔具有六角形横截面。
11.如权利要求4或6所述的多比例悬臂结构，其中所述纳米尺寸孔具有圆形、三角形或长方形横截面。
12.如权利要求1所述的多比例悬臂结构，其中所述金属薄膜层是铝薄膜层。
13.一种制备多比例悬臂结构的方法，包括通过阳极氧化铝衬底形成具有多个纳米尺寸孔的氧化铝层；通过在所述氧化铝层上顺序沉积金属薄膜层和光刻胶层形成第一结构；通过在所述第一结构上排列具有凸形横截面图案的掩模，然后曝光所述光刻胶层并且显影所述光刻胶层，形成具有凸形横截面的光刻胶层图案；通过湿式刻蚀所述金属薄膜层，其中使用所述光刻胶层图案作为掩模并且使用金属蚀刻溶液，在未被所述图案覆盖的区域上去除所述金属薄膜层，形成具有凸形横截面的金属薄膜层图案；通过湿式蚀刻所述氧化铝层，其中使用所述金属薄膜层图案作为掩模并且使用氧化铝蚀刻溶液，去除未被所述金属薄膜层图案覆盖的氧化铝层，形成具有凸形横截面的第二结构；以及通过电抛光所述铝衬底，以通过表面反应在未被所述第二结构覆盖的第一区域中去除所述铝衬底的顶部，形成与所述铝衬底的第一区域的表面隔开的悬臂。
14.如权利要求13所述的制备多比例悬臂结构的方法，其中在所述阳极氧化过程中使用的电解液是磷酸、草酸、硫酸、磺酸或铬酸的电解质水溶液。
15.如权利要求13所述的制备多比例悬臂结构的方法，其中所述悬臂是包括纳米尺寸孔的多孔结构。
16.如权利要求15所述的制备多比例悬臂结构的方法，其中所述纳米尺寸孔具有六角形横截面。
17.如权利要求15所述的制备多比例悬臂结构的方法，其中所述纳米尺寸孔具有圆形，三角形或长方形横截面。
18.如权利要求13所述的制备多比例悬臂结构的方法，进一步包括在形成所述悬臂之后，去除所述光刻胶层，并且在所述金属薄膜层上形成纳米珠粒层、空穴配体受体层、薄聚合膜层、金属氧化物薄膜层，有机受体层或自组装单分子层(SAM)。
19.如权利要求13所述的制备多比例悬臂结构的方法，进一步包括在形成所述氧化铝层之后，用预定的材料填充所述纳米尺寸孔。
20.如权利要求19所述的制备多比例悬臂结构的方法，其中所述预定的材料是金属、金属氧化物、导电聚合物、磁性材料、压电材料、荧光材料、发光材料、碳纳米管(CNT)、纳米线，DNA或干细胞。
21.如权利要求13所述的制备多比例悬臂结构的方法，其中所述金属薄膜层是铝薄膜层。
22.如权利要求13所述的制备多比例悬臂结构的方法，其中所述金属蚀刻溶液是铝蚀刻溶液。
23.如权利要求22所述的制备多比例悬臂结构的方法，其中所述铝蚀刻溶液是包括质量比是16∶2∶1∶1的H3PO4、H2O、CH3COOH和HNO3的溶液。
24.如权利要求13所述的制备多比例悬臂结构的方法，其中所述氧化铝蚀刻溶液是5重量％的H3PO4溶液。
25.如权利要求13所述的制备多比例悬臂结构的方法，进一步包括在形成具有凸形横截面的第二结构之后，通过使用有机溶剂去除光刻胶层并且通过执行湿式蚀刻去除所述金属薄膜层，露出所述悬臂的纳米尺寸孔。
26.如权利要求13所述的制备多比例悬臂结构的方法，其中在所述电抛光中使用的铝蚀刻溶液是包括体积比是1∶4的高氯酸和乙醇的溶液。
27.如权利要求13所述的制备多比例悬臂结构的方法，进一步包括在形成具有凸形横截面的第二结构之后去除所述光刻胶层和金属薄膜层，并且在形成所述悬臂之后使用湿式蚀刻去除沉积在所述氧化铝的下部上的屏障层，从而形成具有隔膜结构的悬臂。
全文摘要
本发明提供具有通过阳极氧化制备的纳米尺寸孔的多比例悬臂结构及其制备方法。使用阳极氧化和电抛光制备多比例悬臂结构，以便制造过程是简单的，并且制造成本是廉价的。此外，多比例悬臂结构具有多个纳米尺寸孔在其内部的多孔结构，因此可以最大化该悬臂结构的表面积。因此，当在传感器中使用这种悬臂结构时，该传感器可以具有改进的灵敏度和选择性。
文档编号B81C1/00GK1966393SQ20061016464
公开日2007年5月23日 申请日期2006年10月27日 优先权日2005年10月27日
发明者李政炫, 李坪洙, 李建弘, 申娜英 申请人:学校法人浦项工科大学校, 浦项工科大学校产学协力团