一种纳米孔金薄膜的制作方法及应用该薄膜的硅基与流程

本发明涉及半导体领域，特别是一种纳米孔金薄膜的制作方法及应用该薄膜的硅基。

背景技术

表面等离子金属纳米颗粒在传感、光伏、显影和生物医疗等领域有着巨大的潜力。这其中具有纳米空隙的海绵状金(纳米孔金)材料因为其独特的三维双连续纳米结构而获得了广泛的关注。然而，纳米孔金块和纳米孔金膜均有着属性不可调，表面拉曼光谱表征弱等缺陷。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决上述问题，设计了一种纳米孔金薄膜的制作方法及应用该薄膜的硅基。

实现上述目的本发明的技术方案为，一种纳米孔金薄膜的制作方法及应用该薄膜的硅基，包括待加工的硅片，微结构纳米孔金薄膜的制作方法包括以下步骤：

a、在硅片的表面制作形成均匀的单层聚苯乙烯微球层。

b、使用氧气等离子缩小聚苯乙烯微球的直径，保证微球间隙。

c、在硅片上蚀刻出微结构。

d、将聚苯乙烯微球层移出硅片的加工面，形成硅基。

e、在硅基表面均匀覆盖一层金银合金薄膜。

f、将金银合金薄膜中的银原子去除，形成微结构纳米孔金薄膜。

在该步骤a中，硅片表面形成单层聚苯乙烯微球层的方法采用langmuir-blodgetttrough。

在该步骤c中，硅片蚀刻采用反应离子蚀刻(rie)技术，选取cf4(四氟化碳)作为蚀刻气体。

在该步骤d中，使用氯仿溶剂将残余聚苯乙烯微球从硅基表面移除。

在该步骤e中，通过溅射镀膜技术，使用金银合金靶材在硅基表面覆盖一层合金薄膜。

所述金银合金靶材中金银原子个数比为28:72。

在该步骤f中，将金银合金薄膜中银原子去除的方法为放于浓硝酸中浸泡的脱合金工艺。

所述浓硝酸的浓度为68％。

应用反应离子蚀刻(rie)技术，选取cf4(四氟化碳)为蚀刻气体，通过准确控制蚀刻功率、时间、蚀刻气压，可以实现多种微结构。

所述蚀刻功率、时间、蚀刻气压，以及对应实现的多种微结构具体为，

蚀刻功率100w，蚀刻时间3min，蚀刻气压10mtorr，硅基表面微结构为盘状结构，

蚀刻功率100w，蚀刻时间6min，蚀刻气压20mtorr，硅基表面微结构为锥形结构，

蚀刻功率100w，蚀刻时间6min，蚀刻气压100mtorr，硅基表面微结构为针状结构。

其有益效果在于，通过在硅片的表面形成聚苯乙烯微球层，然后在硅基表面通过反应离子蚀刻出不同的硅基表面微结构的方法，将孔金薄膜铺设在不同微结构的硅基表面，经过比较可以简便的得到最优的用于拉曼光谱测量的孔金薄膜结构。

附图说明

图1是本发明所述一种纳米孔金薄膜的制作方法及应用该薄膜的硅基的制作方法步骤abcef过程示意图；

图2是本发明所述一种纳米孔金薄膜的制作方法及应用该薄膜的硅基的盘状、锥形、针状硅基对应的cef过程微观结构图；

图3是本发明所述一种纳米孔金薄膜的制作方法及应用该薄膜的硅基的盘状、锥形、针状微结构进行拉曼光谱测量结果对比图；

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行具体描述，如图1-2所示，一种纳米孔金薄膜的制作方法及应用该薄膜的硅基，包括待加工的硅片，微结构纳米孔金薄膜的制作方法包括以下步骤：

a、在硅片的表面制作形成均匀的单层聚苯乙烯微球层，单层聚苯乙烯微球层用于保护微球层所在硅片的表面不受蚀刻气体影响。

b、使用氧气等离子缩小聚苯乙烯微球的直径，保证微球间隙，微球的间隙大小直接影响后续硅片蚀刻出的微结构。

c、在硅片上蚀刻出微结构，通过控制蚀刻条件刻蚀出不同的微结构。

d、将聚苯乙烯微球层移出硅片的加工面，形成硅基，已经形成需要的微结构，聚苯乙烯微球层失去作用，将其去除，为后续步骤做准备。

e、在硅基表面均匀覆盖一层金银合金薄膜，金银合金薄膜总厚度为50-200nm。

f、将金银合金薄膜中的银原子去除，形成微结构纳米孔金薄膜，金银合金中的银原子通过化学方式去除，之前银原子所在的位置被空腔替代，金原子的位置不变，形成具有多孔的金膜，即孔金薄膜；

在该步骤a中，硅片表面形成单层聚苯乙烯微球层的方法采用langmuir-blodgetttrough；

在该步骤c中，硅片蚀刻采用反应离子蚀刻(rie)技术，选取cf4(四氟化碳)作为蚀刻气体，该气体可与硅片进行化学反应，将硅片表面没有被单层聚苯乙烯微球覆盖的区域刻蚀掉，从而宏观上在硅片表面形成微结构；

在该步骤d中，使用氯仿溶剂将残余聚苯乙烯微球从硅基表面移除，聚苯乙烯微球层用于保护硅片免于cf4气体的蚀刻，微结构的硅基形成之后聚苯乙烯就失去作用，将其移除即可；

在该步骤e中，通过溅射镀膜技术，使用金银合金靶材在硅基表面覆盖一层合金薄膜；

所述金银合金靶材中金银原子个数比为28:72；

在该步骤f中，将金银合金薄膜中银原子去除的方法为放于浓硝酸中浸泡的脱合金工艺，银与浓硝酸反应生成硝酸银，从而将银原子去除，不与浓硝酸反应的金形成孔金薄膜；

所述浓硝酸的浓度为68％；

应用反应离子蚀刻(rie)技术，选取cf4(四氟化碳)为蚀刻气体，通过准确控制蚀刻功率、时间、蚀刻气压，可以实现多种微结构，

所述蚀刻功率、时间、蚀刻气压，以及对应实现的多种微结构具体为，

蚀刻功率100w，蚀刻时间3min，蚀刻气压10mtorr，硅基表面微结构为盘状结构，

蚀刻功率100w，蚀刻时间6min，蚀刻气压20mtorr，硅基表面微结构为锥形结构，

蚀刻功率100w，蚀刻时间6min，蚀刻气压100mtorr，硅基表面微结构为针状结构；

如图3所示，图3表示加工完成后的微结构纳米孔金薄膜进行了表面增强拉曼光谱表征，选取苯硫酚的单层分子膜为表征分子，获得的表面增强拉曼光谱，从图中可以看出，具有任意表面微结构的拉曼基底，其拉曼光谱表征均比无微结构的拉曼基底测量效果更优异，并且可以看到针状微结构为纳米孔金薄膜带来了5倍以上的拉曼光谱增强效果。

工作原理：

如图1-2所示，步骤a，在硅片表面通过langmuir-blodgetttrough技术覆盖一层聚苯乙烯微球层，单层聚苯乙烯微球层用于保护微球层所在硅片的表面不受后续步骤c中蚀刻气体影响，步骤b，使用氧气等离子缩小聚苯乙烯微球的直径，保证微球间隙，微球的间隙大小直接影响后续硅片蚀刻出的微结构，步骤c，将不同的硅片蚀刻成不同微结构，硅片蚀刻采用反应离子蚀刻(rie)技术，选取cf4(四氟化碳)作为蚀刻气体，通过控制该反应过程中的蚀刻功率、时间、蚀刻气压从而蚀刻成盘装、锥形、针状等微结构(如图2所示，图片左侧由上到下依次是盘装、锥形、针状微结构)，步骤d，使用氯仿溶剂将残余聚苯乙烯微球从硅基表面移除(图1略去该步骤)，步骤e，通过溅射镀膜技术，使用金银合金靶材在硅基表面覆盖一层合金薄膜，该合金薄膜的结构与其所覆盖的硅基表面微结构相同(如图2所示，图片中间由上到下依次是覆盖了金银合金薄膜的盘装、锥形、针状基底微结构)，步骤f，通过金银合金用浓硝酸浸泡的脱合金工艺，将金银合金薄膜中的银原子去除，形成微结构纳米孔金薄膜(如图2所示，图片右侧由上到下依次是盘装、锥形、针状基底的微结构孔金薄膜)。

上述技术方案仅体现了本发明技术方案的优选技术方案，本技术领域的技术人员对其中某些部分所可能做出的一些变动均体现了本发明的原理，属于本发明的保护范围之内。