一种通过离子束实现蛋白质薄膜图案化的加工方法

1.本发明属于微电子技术领域，具体涉及一种通过离子束实现蛋白质薄膜图案化的加工方法。


背景技术：

2.光刻胶是微电子及半导体等领域广泛用于基底图案化的介质材料，主要成分为各类树脂和有机溶剂。为实现光刻胶材料的绿色化和天然化，天然蛋白质也已被用作类光刻胶材料，通过紫外和电子束光刻实现了图案化。但目前，紫外光刻实现蛋白质薄膜图案化需要加入光引发剂，对蛋白质进行改性，工艺复杂；电子束加工形成的蛋白质薄膜结构与同类电子束光刻胶相比，深宽比较小，且难以达到亚十纳米尺度。


技术实现要素：

3.基于现有技术中存在的技术问题，本发明提供一种利用离子束实现蛋白质薄膜图案化的加工方法。
4.依据本发明的技术方案，提供一种利用离子束实现蛋白质薄膜图案化的加工方法，其包括以下步骤：
5.步骤s1，清洗基片；
6.步骤s2，在清洗后的基片上旋涂蛋白质溶液；
7.步骤s3，在步骤s2得到的基片上构建蛋白质正胶薄膜结构；
8.步骤s4，根据设计好的图形，利用离子束对蛋白质薄膜进行辐照，在蛋白质薄膜上形成所需结构。
9.其中步骤s1清洗基片为前处理步骤，选择作为衬底的合适材质的基片，使用强氧化溶液浸泡清洗基片；将清洗后的基片作为衬底。强氧化溶液为浓硫酸：过氧化氢＝3:1配比的溶液。
10.进一步地，步骤s2在清洗后的基片上旋涂蛋白质溶液包括以下步骤；将基片置入匀胶机，转速设置为2000r/min或4000r/min，旋涂60s，使清洗后的基片表面涂附一层制备好的蛋白质溶液，并加热至110℃使旋涂蛋白质溶液形成薄膜，即为蛋白质负胶薄膜。
11.更进一步地，将步骤s2得到的蛋白质负胶薄膜浸没到甲醇中20min，使蛋白质交联，可获得蛋白质正胶薄膜。
12.优选地，步骤s2中所述蛋白质溶液为蚕丝溶液、蜘蛛丝溶液、羊毛角蛋白溶液或其转基因蛋白。
13.更优选地，步骤s2中所述蛋白质薄膜的厚度为300nm或96nm。
14.另外地，步骤s3中所述离子束为镓离子束、氦离子束和氖离子束。
15.与现有技术相比较，本发明利用离子束实现蛋白质薄膜图案化的加工方法的有益效果在于：
16.1、离子束实现蛋白质薄膜图案化的加工方法，不使用普遍具有毒性的有机物作为
抗刻蚀剂和显影液，因此具有环境友好的优势；
17.2、离子束实现蛋白质薄膜图案化的加工方法中的离子束图案化是一种直写曝光方法，无需掩模，并且相较现有其他图案化方法，图案化效率更高，且几乎没有邻近效应。
18.3、利用离子束实现蛋白质薄膜图案化的加工方法中的步骤s1，与现有技术相比较具有的优点如下：基片具有更高的洁净度，同时提高蛋白在基片表面的附着力，使蛋白质薄膜平整、连续并具有更高的洁净度。
19.4、利用离子束实现蛋白质薄膜图案化的加工方法中的步骤s2，与现有技术相比较具有的优点如下：蛋白质薄膜的构建采用蛋白质的水溶液，相较现有普遍应用有机物光刻胶的图案化技术，该蛋白质薄膜图案化方法具有绿色环保的优势。
20.5、利用离子束实现蛋白质薄膜图案化的加工方法中的步骤s3，与现有技术相比较具有的优点如下：无需掩模，可在图案设计完成后直接在蛋白质薄膜上方进行曝光，从而形成预设图案；离子束的背散离子相对较少，因此离子束曝光图案化几乎没有邻近效应，且具有更高的曝光效率和灵敏度。
附图说明
21.图1为依据本发明的在基片上用离子束加工蛋白光栅的示意图；
22.图2为依据本发明的实施例1中用镓离子束加工得到的qb_he蚕丝蛋白负胶线栅的sem照片；
23.图3为依据本发明的实施例2中用氦离子束加工得到的qb_hp蚕丝蛋白负胶线栅的sem照片；
24.图4为依据本发明的实施例3中用氦离子束加工得到的qb_hp蚕丝蛋白负胶线栅的sem照片。
25.图5为依据本发明的实施例3中用氦离子束加工得到的qb_hl蚕丝蛋白正胶线栅的sem照片。
具体实施方式
26.以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
27.本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
28.一种利用离子束实现蛋白质薄膜图案化的加工方法，其包括如下步骤：
29.步骤s1，清洗基片；该步骤为前处理步骤，选择作为衬底的合适材质的基片，使用
强氧化溶液浸泡基片30min，然后投入清水中置于超声清洗机内对基片进行清洗30min，用氮气枪吹干；基片置入氧等离子体清洗机中3min，功率100w，该步骤再清洗基片的同时也将增加基片的附着力；将清洗后的基片作为衬底。强氧化溶液优选食人鱼溶液，也就是浓硫酸：过氧化氢＝3:1配比的溶液。
30.步骤s2，在清洗后的基片上旋涂蛋白质溶液；将基片置入匀胶机，转速为2000r/min或4000r/min，旋涂60s，使清洗后的基片表面涂附一层制备好的蛋白质溶液，并加热至110℃使旋涂蛋白质溶液形成薄膜，即为蛋白质负胶薄膜；
31.步骤s3，在步骤s2得到的基片上构建蛋白质正胶薄膜结构，该步骤s3可获得蛋白质正胶薄膜。将步骤s2得到的蛋白质负胶薄膜浸没到甲醇中20min，使蛋白质交联，可获得蛋白质正胶薄膜。
32.步骤s4，根据设计好的图形，利用离子束对蛋白质薄膜进行辐照，在蛋白质薄膜上形成所需结构。
33.如图1所示，(1)在离子束显微镜自带的纳米图案可视化引擎中设计曝光图形，在调整焦距、像散、离子束束流后，在设计完成的图案内进行辐照，从而实现蛋白质薄膜的图案化；(2)辐照之后，将基片投入到去离子水中显影10min，使图案显现。
34.步骤s1中所述基片为氧化硅、氮化硅、硅片和石英。
35.优选的，步骤s2中所述蛋白质溶液为蚕丝溶液、蜘蛛丝溶液、羊毛角蛋白溶液或其转基因蛋白。
36.优选的，步骤s2中所述蛋白质薄膜的厚度为300nm或96nm。
37.优选的，步骤s3中所述离子束为镓离子束、氦离子束和氖离子束。
38.目前，离子束显微镜作为一种多功能仪器，不仅可以用于成像，还可以用于各种缺陷工程、离子注入和纳米图案和结构的加工。氦离子源和氖离子源的应用进一步扩展了这项技术的应用范围，可以直接加工制备亚10纳米的图案和结构。
39.实施例1
40.利用离子束实现蛋白质薄膜图案化的加工方法，适用于用镓离子束实现qb_he蚕丝蛋白薄膜线栅图案的加工方法，qb为家蚕秋白的简称，he为外源基因转基因改造品系简称。具体的加工方法如下：
41.步骤w1，将硅/氧化硅作为支撑基片的材料，将其放入去离子水中浸泡10min后取出，放入乙醇中浸泡10min后取出，再放入食人鱼洗液中浸泡30min后取出，投入去离子水中置入超声清洗机清洗30min后取出，用氮气枪吹干后，置入离子体清洗机中3min，功率100w后取出；
42.步骤w2，在处理好的硅/氧化硅支撑基片上旋涂一层qb_he蚕丝蛋白质溶液，于110℃烘干30min，得到一层300nm厚度的qb_he蚕丝蛋白质负性光刻胶薄膜；
43.步骤w3，将步骤w2中制备得到的qb_he蚕丝蛋白质薄膜放入离子束显微镜腔室中，(加速电压30kv，光阑10μm，束流3.5pa)，经曝光5s，投入去离子水中显影10min，从而得到qb_he蚕丝蛋白线栅(如图2所示)。
44.实施例2
45.利用离子束实现蛋白质薄膜图案化的加工方法，适用于用氦离子束实现qb_hp蚕丝蛋白薄膜线栅图案的加工方法，qb为家蚕秋白的简称，hp为内源基因转基因改造品系简
称。具体的加工方法如下：
46.步骤q1，将氮化硅作为支撑基片的材料，将其放入去离子水中浸泡10min后取出，放入乙醇中浸泡10min后取出，再放入食人鱼洗液中浸泡30min后取出，投入去离子水中置入超声清洗机清洗30min后取出，用氮气枪吹干后，置入离子体清洗机中3min，功率100w后取出；
47.步骤q2，在处理好的硅/氧化硅支撑基片上旋涂一层qb_hp蚕丝蛋白质溶液，于110℃烘干30min，得到一层96nm厚度的qb_hp蚕丝蛋白质负性光刻胶薄膜；
48.步骤q3，将步骤q2中制备得到的qb_hp蚕丝蛋白质薄膜放入离子束显微镜腔室中，(加速电压30kv，光阑10μm，束流2pa)，经曝光5s，投入去离子水中显影10min，从而得到qb_hp蚕丝蛋白线栅(如图3所示)。
49.实施例3
50.利用离子束实现蛋白质薄膜图案化的加工方法，适用于用氦离子束实现qb_hp蚕丝蛋白薄膜线栅图案的加工方法，具体的加工方法如下：
51.步骤n1，将石英作为支撑基片的材料，将其放入去离子水中浸泡10min后取出，放入乙醇中浸泡10min后取出，再放入食人鱼洗液中浸泡30min后取出，投入去离子水中置入超声清洗机清洗30min后取出，用氮气枪吹干后，置入离子体清洗机中3min，功率100w后取出；
52.步骤n2，在处理好的硅/氧化硅支撑基片上旋涂一层qb_hp蚕丝蛋白质溶液，于110℃烘干30min，得到一层96nm厚度的qb_hp蚕丝蛋白质负性光刻胶薄膜；
53.步骤n3，将步骤n2中制备得到的qb_hp蚕丝蛋白质薄膜放入离子束显微镜腔室中，(加速电压30kv，光阑10μm，束流2pa)，经曝光1s，投入去离子水中显影10min，从而得到qb_hp蚕丝蛋白线栅(如图4所示)。
54.实施例4
55.利用离子束实现蛋白质薄膜图案化的加工方法，适用于用氦离子束实现qb_hl蚕丝蛋白薄膜线栅图案的加工方法，qb为家蚕秋白的简称，hl为内源基因转基因改造品系简称。具体的加工方法如下：
56.步骤h1，将石英作为支撑基片的材料，将其放入去离子水中浸泡10min后取出，放入乙醇中浸泡10min后取出，再放入食人鱼洗液中浸泡30min后取出，投入去离子水中置入超声清洗机清洗30min后取出，用氮气枪吹干后，置入离子体清洗机中3min，功率100w后取出；
57.步骤h2，在处理好的硅/氧化硅支撑基片上旋涂一层qb_hl蚕丝蛋白质溶液，于110℃烘干30min，投入甲醇中浸泡20min，得到一层96nm厚度的qb_hl蚕丝蛋白质正性光刻胶薄膜；
58.步骤h3，将步骤h2中制备得到的qb_hl蚕丝蛋白质薄膜放入离子束显微镜腔室中，(加速电压30kv，光阑10μm，束流2pa)，经曝光1s，投入去离子水中显影10min，从而得到qb_hl蚕丝蛋白线栅(如图5所示)。
59.上述制备过程中硅/氧化硅、氮化硅、石英还可以替换为其它如玻璃、pmma之类的其它绝缘材料。
60.本发明提供了利用离子束实现蛋白质薄膜图案化的加工方法。由于离子束加工精
度更高、曝光效率更好的优点，可以实现对蛋白质薄膜高效、精准加工，从而解决紫外光刻和电子束加工蛋白质薄膜时加工过程复杂，加工精度不高的缺点。氦离子束的束斑最小直径可达0.5nm，并且离子束曝光的背散射离子更少，亚纳米探针点协同较窄的横向离子散射和光刻胶层中二次电子空间分布使得较高的图形分辨率成为可能。另外，氦离子束的二次电子发射当量更高，且氦离子能量沉积的距离较短，而使局域能量密度得到增强，因此相较而言，氦离子束曝光技术具有更高的曝光效率。
61.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。