一种纳米颗粒图案化加工方法及设备

本发明涉及沉积图案制造，尤其涉及一种纳米颗粒图案化加工方法及设备。

背景技术：

1、沉积图案不仅可以精确地控制半导体器件中的电子元件的结构和粒径，提高电子器件的性能和效率，还可以在芯片或者传感器表面制造出微小的结构，增加生物芯片或传感器的表面积和灵敏度，提高医学检测的准确性和灵敏度；除此以外，利用沉积图案制造出的精密结构，可用于制造微型机器人和纳米机械器件，实现微小器件的精密控制和操作等。因此，由于沉积图案在新型光电子器件、传感器、医学和机器人等领域起到较为重要的作用，使得沉积图案受到广泛的关注。

2、传统的沉积图案加工方法主要包括以下两类：(1)喷墨打印加工方法，其通过直接喷射纳米尺寸的溶液在柔性或硬质基底上实现图案化，但包含纳米颗粒的墨水与不同衬底表面的浸润性难以控制，容易使纳米颗粒图案变形，从而影响纳米颗粒组装精度和分辨率；(2)表面化学图案诱导组装，其利用化学图案表面诱导分子自组装形成有序结构的方法，但该方法需预先在衬底上用光刻等手段定义出表面化学图案，利用图案区域对特定纳米颗粒的定向锚定作用制备纳米颗粒图案，制造过程比较繁琐，对样品表面清洁度要求很高，且适用的纳米颗粒种类有限，制备得到的沉积图案分辨率较低。因此，以上两种加工方法均存在沉积图案精度和分辨率较低的缺陷，影响沉积图案的应用。

3、为了改善上述技术方案存在的缺点，现有技术采用基于光刻技术的加工方法将纳米颗粒图案化获得沉积图案，但该方法需预先在纳米颗粒上嫁接感光有机配体，最后通过曝光显影的方式获得所需沉积图案，该加工方法复杂，且成本较高。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提出一种纳米颗粒图案化加工方法，将基板进行图案化处理后形成带电图案，令制备的纳米颗粒精确沉积于其上，获得沉积图案，制备方法简单，成本低，精度高，以克服现有技术中的不足之处。

2、本发明的另一目的在于提出一种纳米颗粒图案化加工设备，其与纳米颗粒图案化加工方法进行配合，可通过较低的设备成本有效改善现有纳米颗粒图案化加工方法复杂、成本较高的技术问题，有利于确保利用纳米颗粒图案化加工方法的加工质量。

3、为达此目的，本发明采用以下技术方案：

4、一种纳米颗粒图案化加工方法，包括以下步骤：

5、步骤s1、对基板进行处理，使基板形成带电图案，并根据所述带电图案确定待加工区域；

6、步骤s2、制备纳米颗粒；其中，所述纳米颗粒的原料包括金属，且所述纳米颗粒的粒径为3～20nm；

7、步骤s3、将步骤s1的基板放置于沉积腔，通过沉积助气带动步骤s2的纳米颗粒进入所述沉积腔，并沉积至步骤s1的待加工区域，获得沉积图案。

8、进一步地，步骤s3中，获得的沉积图案的线宽/线距为1μm/1μm，且所获得的沉积图案的精度为亚微米级别。

9、进一步地，步骤s2中，所述纳米颗粒的粒径为5～10nm。

10、进一步地，步骤s3中，所述沉积助气的流速为3～12l/min；

11、按照质量百分比，所述沉积助气的浓度≥99.5％；

12、所述沉积助气包括惰性气体和还原性气体；

13、按照质量百分比，所述还原性气体的混合量≤5％。

14、进一步地，所述惰性气体为氮气、氩气和氦气中的任意一种或多种的组合；

15、所述还原性气体为氢气、甲醛和一氧化碳中的任意一种或多种的组合。

16、进一步地，步骤s1中，所述基板的处理方式包括高能电子束射线照射、高能离子束射线照射、导电油墨印刷和扫描探针写入电荷中的任意一种。

17、进一步地，步骤s1中，所述基板处理方式包括高能电子束射线照射和高能离子束射线照射中的任意一种；

18、所述高能电子束射线照射中电子束的直径为10～30nm，束流能量为1～10kev，探测电流为0.3～0.7na，束流步长为80～120nm；

19、所述高能离子束射线照射中离子束的直径为5～20nm，束流能量为2～20kev，探测电流为0.5～0.7na，束流步长为100～140nm。

20、一种纳米颗粒图案化加工设备，用于实现上述纳米颗粒图案化加工方法，包括纳米颗粒制备装置、沉积收集装置、真空泵、第一连接管、第二连接管和第三连接管；

21、所述第一连接管的进气端与用于提供沉积助气的供气装置相连，所述第一连接管的出气端与所述纳米颗粒制备装置的进气端相连，所述纳米颗粒制备装置的出气端通过所述第二连接管与所述沉积收集装置的进气端相连，所述沉积收集装置的出气端通过所述第三连接管与所述真空泵进气端相连，所述沉积收集装置的内部开设有所述沉积腔，所述沉积腔用于放置基板，所述真空泵用于抽真空和调节沉积助气的流速。

22、进一步地，所述第一连接管设置有第一阀门，所述第二连接管设置有第二阀门，所述第一阀门、所述第二阀门和所述真空泵同时开启或关闭。

23、进一步地，所述沉积收集装置包括真空箱和基板承载台，所述真空箱的内部设置有所述沉积腔，所述基板承载台安装于所述沉积腔，所述基板承载台用于承载基板。

24、本申请实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

25、1.利用基板图案化处理后形成带电图案，令制备的纳米颗粒精确沉积于其上，使纳米颗粒图案化获得沉积图案，制备方法简单，成本低，且沉积图案精度高。

26、2.理论上纳米颗粒越小，表面能越大，更易受到静电引力的吸引，相对更大粒径的颗粒，可以提高沉积的精准度，从而提高所得的沉积图案的精度，但如纳米颗粒过小，纳米颗粒之间容易团聚，反而会影响所得的沉积图案的精度，因此本方案将纳米颗粒粒径限定为3～20nm，确保沉积图案的精度。

27、3.纳米颗粒图案化加工设备，其与纳米颗粒图案化加工方法进行配合，可通过较低的设备成本有效改善现有纳米颗粒图案化制备微纳图案的加工方法复杂，成本较高的技术问题，有利于确保利用纳米颗粒图案化加工方法得到的沉积图案的加工质量。

技术特征：

1.一种纳米颗粒图案化加工方法，其特征在于：包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种纳米颗粒图案化加工方法，其特征在于：步骤s3中，获得的沉积图案的线宽/线距为1μm/1μm，且所获得的沉积图案的精度为亚微米级别。

3.根据权利要求1所述的一种纳米颗粒图案化加工方法，其特征在于：步骤s2中，所述纳米颗粒的粒径为5～10nm。

4.根据权利要求1所述的一种纳米颗粒图案化加工方法，其特征在于：

5.根据权利要求3所述的一种纳米颗粒图案化加工方法，其特征在于：

6.根据权利要求1所述的一种纳米颗粒图案化加工方法，其特征在于：步骤s1中，所述基板的处理方式包括高能电子束射线照射、高能离子束射线照射、导电油墨印刷和扫描探针写入电荷中的任意一种。

7.根据权利要求6所述的一种纳米颗粒图案化加工方法，其特征在于：步骤s1中，所述基板处理方式包括高能电子束射线照射和高能离子束射线照射中的任意一种；

8.一种纳米颗粒图案化加工设备，其特征在于，用于实现权利要求1～7任意一项所述的纳米颗粒图案化加工方法，包括纳米颗粒制备装置、沉积收集装置、真空泵、第一连接管、第二连接管和第三连接管；

9.根据权利要求8所述的一种纳米颗粒图案化加工设备，其特征在于：所述第一连接管设置有第一阀门，所述第二连接管设置有第二阀门，所述第一阀门、所述第二阀门和所述真空泵同时开启或关闭。

10.根据权利要求8所述的一种纳米颗粒图案化加工设备，其特征在于：所述沉积收集装置包括真空箱和基板承载台，所述真空箱的内部设置有所述沉积腔，所述基板承载台安装于所述沉积腔，所述基板承载台用于承载基板。

技术总结
本发明公开了一种纳米颗粒图案化加工方法及设备，包括以下步骤：步骤S1、对基板进行处理，使基板形成带电图案，并根据带电图案确定待加工区域；步骤S2、制备纳米颗粒；其中，所述纳米颗粒的原料包括金属，且所述纳米颗粒的粒径为3～20nm；步骤S3、将步骤S1的基板放置于沉积腔，通过沉积助气带动步骤S2的纳米颗粒进入所述沉积腔，并沉积至步骤S1的待加工区域，获得沉积图案。本方案提出的一种纳米颗粒图案化加工方法，将基板进行图案化处理后形成带电图案，令制备的纳米颗粒精确沉积于其上，获得沉积图案，制备方法简单，成本低，精度高，以克服现有技术中的不足之处。

技术研发人员：张昱,张冉远,黄文俊,杨冠南,黄光汉,崔成强
受保护的技术使用者：广东工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15