一种利用模板辅助的有序大面积单层微/纳米球及其制备方法
【专利摘要】本发明公开一种利用模板辅助的有序大面积单层微/纳米球及其制备方法，属于半导体材料制备技术领域。本发明在基片上制作出有一定尺寸的结构，并将此作为模板；将单层微球沉积到模板上，当液体蒸发后，得到利用模板辅助的有序大面积单层微/纳米球结构。本发明得到的有序大面积单层微/纳米球缺陷较少、走向有序性高、几乎无多层现象，从扫描电镜图进行直观观测，可以看出其良好的有序性。
【专利说明】
一种利用模板辅助的有序大面积单层微/纳米球及其制备方法
技术领域
[0001]本发明属于半导体材料制备技术领域，具体涉及一种利用模板辅助的有序大面积单层微/纳米球及其制备方法。
【背景技术】
[0002]纳米结构是指尺寸介于分子和微米尺度之间的一维、二维、三维纳米物体所构成的结构。长程有序的纳米结构由于在光波段有很好的光谱响应，因此在光通信器件、光传感器件、表面拉曼增强技术等诸多领域有重要的应用价值。
[0003]长程有序纳米结构的制备方法主要有传统半导体加工技术(电子束直写、聚焦离子束刻蚀等)、纳米压印、纳米球自组装等。其中纳米球自组装方法制备二维单层长程有序纳米球结构具有过程简洁明了、设备价格低、场地环境要求不高等诸多优势。
[0004]纳米球自组装方法主要是通过各种辅助手段将直径在数十到数百纳米(也可以到数微米以上)根据需要聚集在一起，以形成二维密排或三维堆叠的有序纳米结构。二维微/纳米结构在新型光电子器件中有很多应用，利用自组装法制备单层有序纳米球结构具有重要的应用价值。尽管该方法有诸多优点，但是其制备得到的单层纳米球结构总是不可避免地存在走向多变、多层频现、晶格缺陷等问题，严重地影响了其长程有序性，由此导致光谱响应不稳定、批次重复性差等问题，进而限制了其在实际应用中的表现。所以，用简单的方法制备出较大范围的、有序性好、重复性好的二维单层纳米球结构具有重要的意义。
【发明内容】
[0005]为了克服现有技术的缺点与不足，本发明的目的在于提供一种利用模板辅助的有序大面积单层微/纳米球的制备方法。该制备方法利用模板排列微/纳米球，制备出缺陷较少，有序性高的单层微/纳米球结构。
[0006]本发明的另一目的在于提供通过上述方法制备得到的利用模板辅助的有序大面积单层微/纳米球结构。
[0007]本发明的目的通过下述技术方案实现:
[0008]以下方案描述中以PS(聚苯乙烯)微/纳米球为例，但不仅限于此，其可以是通过物理、化学方法制备得到的由各种单一或复合物质(例如聚苯乙烯、二氧化硅、各种金属)形成的各类型微/纳米球，以及由此延伸出的各类型微/纳米球壳结构或其他形状的微/纳米颗粒等。
[0009]—种利用模板辅助的有序大面积单层微/纳米球的制备方法，包括以下具体步骤:
[0010](I)在基片上制作出有一定尺寸的结构，并将此作为模板；
[0011](2)将单层微球沉积到模板上，当液体蒸发后，得到利用模板辅助的有序大面积单层微/纳米球结构。
[0012]步骤(I)中所述的一定尺寸的结构，其尺寸范围可以从几个微米到毫米量级，所述的结构可以是四角格子、三角格子，以及各种准周期、分型结构甚至不具有周期性的排列，其单元内模板形状可以是任意几何形状，例如方形、圆形、六边形或其他不规则形等。
[0013]步骤(I)中所述的制作的方法，为任何可以刻蚀出有一定深度的微纳米结构的刻蚀方法，例如湿法各项异性刻蚀、光电化学刻蚀、金属催化化学刻蚀、纳米压印或反应离子刻蚀等。
[0014]步骤(I)中所述的基片，为任何可形成模板结构的表面(包括各种含有多层材料复合结构的表面)都可以作为基片使用，例如各种无机材料(娃片、玻璃、石英等)、各种聚合物材料(如有机玻璃、各种光刻胶形成的平面等)、各种金属材料(如金、银、铝等)、以及上述一种或多种材料形成的复合基底等做基片。
[0015]步骤(2)中所述的单层微球沉积到模板的方法，为任何可以制备二维胶体晶体的方法，例如气液界面组装法、蒸发诱导法或电泳沉积法等。
[0016]步骤(2)中所述的微球包括PS(聚苯乙烯)微球、S12微球等胶体微颗粒。
[0017]一种利用模板辅助的有序大面积单层微/纳米球结构，通过上述制备方法制备得到。
[0018]所述的利用模板辅助的有序大面积单层微/纳米球结构在光通信器件、传感器件、表面拉曼增强技术、太阳能技术、吸波材料等诸多领域中有重要的应用价值。
[0019]本发明相对于现有技术，具有如下的优点及效果:
[0020]本发明所用的模板硅片，可以在有结构的区域，对其周围范围内的胶体微球施加力的作用，从而使得胶体微球在自组装的过程中，受到来自模板结构的一个或者多个方向的力，并随着力的作用而互相紧密地排列，而不只是在微弱的毛细管力作用下随意排列。这样做的效果就是可以有效减少胶体晶体中的晶格缺陷，改善其混乱的走向，并且减少区域性的双层现象。因此，本发明得到的有序大面积单层微/纳米球缺陷较少、走向有序性高、几乎无多层现象，从扫描电镜图进行直观观测，可以看出其良好的有序性。
【附图说明】
[0021]图1是实施例中提供实验流程图及模板上单层微/纳米球的俯视图示意图；其中，A为实验流程图$为单层微/纳米球的俯视图示意图。
[0022]图2是实施例中制备的模板扫描电镜图。
[0023]图3是实施例中制备的利用模板辅助的有序大面积单层微/纳米球结构的扫描电镜图。
【具体实施方式】
[0024]下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
[0025]在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于此描述的其他方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
[0026]实施例1
[0027](I)将5寸的N型〈100〉硅片切为多个3cm*3cm的小尺寸硅片，将载玻片切割成小片。
[0028](2)将切割后的硅片与载玻片分别在丙酮、异丙醇、乙醇、去离子水中分别超声10分钟，并在5 %氢氟酸中浸泡，之后用去离子水冲洗干净，以去除表面的油污、金属等杂质；
[0029](3)使用HMDS预处理系统处理清洗过的硅片，使其表面呈疏水态；
[0030](4)准备好紫外光刻需要用到的掩膜板，其中包含4μπι?60μπι的不同尺寸的方形、圆形、六边形、不规则形等形状的周期性结构。
[0031](5)将处理过的硅片放入匀胶机中进行匀胶，所使用的是AZ5214e型光刻胶，匀胶参数为第一阶段500转/分钟，旋转5秒，第二阶段6000转/分钟，旋转40秒，光刻胶层的厚度约为Ιμπι;之后90°C前烘5min，进行紫外曝光，曝光密度为3.47mJ/s，曝光时间为23秒，总曝光量为80mJ ；曝光之后在AZ300MIF显影液中显影30?40秒；
[0032](6)将30%300nm粒径的PS悬浮液与去离子水、酒精按照1:1:1的比例进行配比，并置于超声机中进行超声，将PS微球均匀地悬浮于溶剂中；
[0033 ] (7)将小片载玻片与模板硅片放入等离子清洗机中清洗15min，使其获得良好的亲水性，从而使得PS悬浮液能够与硅片表面进行有效接触，使得PS微球顺利稳定地排列到硅片上；
[0034](8)将处理好的硅片放入自制的排小球容器中，倒入去离子水，液面略高于硅片表面，自制的排小球容器大致结构如下:容器整体是一个长方体盒子，盒子顶部是开口的，上有盖子，靠近盒子底部的是一个圆形开口，可以插入带有开关的软管，其余部分密闭。盒子内部有一个独立的小长方体盒，上部开口，底部有很多小的开口，供水流出。整个装置所用的材料均为有机玻璃。实验操作的过程中，将内部的小长方体盒下面垫两块玻璃片，使小长方体盒里的水能顺利流出，硅片放置于小长方体盒内；
[0035](9)待液面稳定后，将排小球容器下部的开关打开，将水缓慢排出，待硅片表面水分完全蒸干之后，即可将其取出，即得利用模板辅助的有序大面积单层微/纳米球结构。
[0036]实验流程图如图1A所示。
[0037]本实施例所得的利用模板辅助的有序大面积单层微/纳米球结构的俯视图示意图，如图1B所示。
[0038]实施例中制备的模板扫描电镜图，如图2所示。
[0039]实施例中制备的利用模板辅助的有序大面积单层微/纳米球结构的扫描电镜图，如图3所示。
[0040]从图3所示的扫描电镜图可以看出，利用模板辅助排列出的有序大面积单层微/纳米球缺陷较少，走向有序性高，且几乎无多层现象。结果表明，利用模板的辅助，单层有序大面积微/纳米球的制备更为简单易行。
[0041]本说明书中各个部分采用递进的方式描述，每个部分重点说明的都是与其他部分的不同之处，各个部分之间相同相似部分互相参见即可。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的是实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽范围。
[0042]上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种利用模板辅助的有序大面积单层微/纳米球的制备方法，其特征在于包括以下具体步骤: (1)在基片上制作出有一定尺寸的结构，并将此作为模板； (2)将单层微球沉积到模板上，当液体蒸发后，得到利用模板辅助的有序大面积单层微/纳米球结构。2.根据权利要求1所述的利用模板辅助的有序大面积单层微/纳米球的制备方法，其特征在于:步骤(I)中所述的一定尺寸的结构，其尺寸范围从几个微米到毫米量级。3.根据权利要求1所述的利用模板辅助的有序大面积单层微/纳米球的制备方法，其特征在于:所述的结构为四角格子、三角格子，以及各种准周期、分型结构甚至不具有周期性的排列，其单元内模板形状是任意几何形状，例如方形、圆形、六边形或不规则形。4.根据权利要求1所述的利用模板辅助的有序大面积单层微/纳米球的制备方法，其特征在于:步骤(I)中所述的制作的方法，为任何能刻蚀出有一定深度的微纳米结构的刻蚀方法，例如湿法各项异性刻蚀、光电化学刻蚀、金属催化化学刻蚀、纳米压印或反应离子刻蚀。5.根据权利要求1所述的利用模板辅助的有序大面积单层微/纳米球的制备方法，其特征在于:步骤(I)中所述的基片，是任何能形成模板结构的表面都能作为基片使用，例如用各种无机材料、各种聚合物材料、各种金属材料、以及上述一种或多种材料形成的复合基底做基片。6.根据权利要求5所述的利用模板辅助的有序大面积单层微/纳米球的制备方法，其特征在于:所述的无机材料为硅片、玻璃或石英； 所述的聚合物材料为有机玻璃或各种光刻胶形成的平面； 所述的金属材料为金、银或铝。7.根据权利要求1所述的利用模板辅助的有序大面积单层微/纳米球的制备方法，其特征在于:步骤(2)中所述的单层微球沉积到模板的方法，为任何能制备二维胶体晶体的方法，例如气液界面组装法、蒸发诱导法或电泳沉积法。8.根据权利要求1所述的利用模板辅助的有序大面积单层微/纳米球的制备方法，其特征在于:步骤(2)中所述的微球包括PS微球或S12微球。9.一种利用模板辅助的有序大面积单层微/纳米球结构，其特征在于:通过权利要求1?8任一项的制备方法制备得到。10.权利要求9所述的利用模板辅助的有序大面积单层微/纳米球结构在光通信器件、传感器件、表面拉曼增强技术、太阳能技术、吸波材料领域中的应用。
【文档编号】B81C1/00GK105947970SQ201610327497
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年5月16日
【发明人】薛亚莉, 张渊, 刘芬, 胡治朋
【申请人】华南师范大学