一种银纳米颗粒阵列模板及其制备方法

专利名称：一种银纳米颗粒阵列模板及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种纳米颗粒阵列模板及其制备方法，特别涉及一种 银纳米颗粒阵列模板及其制备方法。
(二)
背景技术：
由于纳米结构具有许多新颖的物理、化学特性，当其在平面内按 照一定规则排成阵列后，在磁存储、阵列电子器件、探测器等领域具 有广阔的应用前景。如何实现纳米结构体的二维组装及可控性生长是 制备的关键，构筑这种二维纳米结构阵列的方法主要有纳米加工法、 自组装法、模板法等。纳米加工法是利用预先设计好的点阵图形控制 扫描探针或聚焦离子束一个个地进行加工，例如扫描探针辅助沉积或 刻蚀、聚焦离子束(FIB)和电子束加工等；这种方法对纳米结构的尺 度、形状及排列具有较好的可控性，但用这种方法制备一个纳米结构 阵列非常耗时和费力，实现大面积纳米结构阵列制备的成本较高。自 组装法为一种较为简单、在衬底表面自下而上的制备方法，其点阵密 度、单元尺度在一定范围内可通过组装条件控制；与纳米加工法相比， 其工艺简单、适用于大面积制备；但其点阵类型一般为随机排布或短 程有序的， 一般应用于磁记录介质、平面场发射器等领域。模板法是 指利用纳米加工法或自组装法制得的纳米结构阵列为模板，结合其他 制备技术制得另外一种纳米结构阵列；许多利用自组装法制得的纳米 结构阵列均已被用作模板，如聚苯乙烯球阵列、多孔铝阳极氧化膜、 多孔玻璃、离子蚀刻聚碳酸膜等；模板法一般包括两种模式 一种是 模板限域生长，另一种是利用掩模板结合刻蚀技术实现目标结构的加 工及模板的图形转移，后者为一种在衬底表面自上而下的制备方法， 这种方法还可进一步结合纳米压印技术实现模板图形的批量复制。目 前对模板制备方法的研究日益受到人们的重视。
通过对真空沉积的纳米级厚度金属薄膜进行高温退火处理，可使 薄膜溶化并重结晶，形成随机排布的自组装纳米颗粒阵列。这种纳米 颗粒的直径在一定范围内分布，平均直径和点阵密度可通过沉积薄膜 的厚度来控制，随着薄膜厚度的减小，平均直径变小同时点阵密度增 大。但是，这种纳米颗粒阵列是否能用作模板，结合刻蚀技术来制备
其他纳米结构阵列，还未见相关研究报道。
发明内容
本发明的目的是针对上述技术状况，提供一种银纳米颗粒阵列模 板及其制备方法。
本发明的技术方案
一种银纳米颗粒阵列模板，利用自组装法制备，其特征在于银
纳米颗粒的平均大小为10 500咖、密度108 107，2，且颗粒的大小
和密度可由银薄膜厚度控制。
一种上述银纳米颗粒阵列模板的制备方法，其特征在于工艺步骤 如下1)利用真空沉积薄膜设备，在基板上沉积一层均匀的银薄膜；
2)通过热退火处理使沉积的银薄膜形成离散的纳米颗粒，即可制得随
机排布的银纳米颗粒阵列模板。
一种上述银纳米颗粒阵列模板的制备方法，其特征在于真空沉 积薄膜设备为离子束溅射仪、磁控溅射仪、真空热蒸发仪或电子束蒸 发仪。
一种上述银纳米颗粒阵列模板的制备方法，其特征在于基底材 料为硅、二氧化硅或普通玻璃。
一种上述银纳米颗粒阵列模板的制备方法，其特征在于沉积Ag
薄膜厚度为2 100nm。
一种上述银纳米颗粒阵列模板的制备方法，其特征在于热退火
处理是在真空或有保护气体氛围下进行，保护气体为氢气、氮气或氩 气。
一种上述银纳米颗粒阵列模板的制备方法，其特征在于熟退火
温度为300 600°C，退火时间为0.5 1小时。
本发明的优点是银模板釆用自组装法制备，纳米颗粒的平均大
小为10 500nm、密度108 10'7cm2，而且颗粒的大小和密度可由银薄 膜厚度控制；制备方法简单、易于操作、成本低；本法制得的银纳米 颗粒阵列模板具有高密度、随机排布的特点，有助于磁记录介质、平 面场发射器等器件产品的设计制作，具有较为广泛的应用范围。 具体实施例方式
实施例l: 一种自组装法制备银纳米颗粒模板的方法，其工艺步 骤如下1)利用磁控溅射仪，在Si基板上沉积一层银薄膜，厚度为8rim; 2)通过热退火处理使沉积的银薄膜形成离散的纳米颗粒，热退 火处理在高纯氮气保护的气氛下进行，退火温度为30(TC，退火时间 0.5小时，即可制得随机排布的银纳米颗粒模板。将其用原子力显微 镜进行测试，测试结果表明银颗粒的点阵形式为随机排列，颗粒平均 直径为60nm，最大直径为100nm，密度为7. 8 X 1(^个/cm2。
实施例2: —种自组装法制备银纳米颗粒模板的方法，其工艺步 骤如下l)利用磁控溅射仪，在Si02基板上沉积一层银薄膜，厚度为 8nm; 2)在真空环境下进行退火获得Si02表面的银纳米颗粒模板，退 火温度为600°C，退火时间1小时，即可制得随机排布的银纳米颗粒 模板。将其用原子力显微镜进行测试，测试结果表明银颗粒的点阵形 式为随机排列，颗粒平均直径为60mn，最大直径为120nm，密度为7. 7 XlQ9个/cm2。
实施例3: —种自组装法制备银纳米颗粒模板的方法，其工艺步 骤如下1)利用真空热蒸发仪，在普通玻璃基板上沉积一层银薄膜， 厚度为4rnn; 2)通过热退火处理使沉积的银薄膜形成离散的纳米颗粒， 热退火处理在高纯氩气保护的气氛下进行，退火温度为30(TC，退火 时间45分钟，即可制得随机排布的银纳米颗粒模板。将其用原子力显 微镜进行测试，测试结果表明银颗粒的点阵形式为随机排列，颗粒颗 粒直径小于50nm，密度为5X10'"个/cm2，该银模板与实施例1和实施 例2中的相比，具有更小的直径和更高的密度，表明颗粒的尺度和密 度可由薄膜厚度控制。
为验证模板的实用性，利用反应离子刻蚀设备将随机排布的银颗 粒图形刻至玻璃基底表面，刻蚀采用各向异性的等离子体，工作气体 为Ch，刻蚀气压为2.4Pa，功率为100W，时间为5分钟；最后用浓度 为10X的稀硝酸溶液去除Ag，即可在玻璃表面获得具有相同点阵类型 及密度的纳米结构阵列。将其用原子力显微镜进行测试，测试结果表 明所得的玻璃表面柱形纳米结构平均高度为15mn，具有与初始银模 板相同的点阵形式，柱形结构的直径不超过60nm,密度为5. 1X10'" 个/cm2，与初始银颗粒基本一致。实施例3的结果表明由热退火处 理银薄膜而制得的银纳米颗粒具有较好的抗蚀能力，可用作模板，通 过进一步的反应离子刻蚀过程实现模板图形的转移。
权利要求
1.一种银纳米颗粒阵列模板，利用自组装法制备，其特征在于银纳米颗粒的平均大小为10～500nm、密度108～1012/cm2，且颗粒的大小和密度可由银薄膜厚度控制。
2. —种上述银纳米颗粒阵列模板的制备方法，其特征在于工艺步 骤如下l)利用真空沉积薄膜设备，在基板上沉积一层均匀的银薄膜； 2)通过热退火处理使沉积的银薄膜形成离散的纳米颗粒，即可制得随机排布的银纳米颗粒阵列模板。
3. —种上述银纳米颗粒阵列模板的制备方法，其特征在于真空沉积薄膜设备为离子束溅射仪、磁控溅射仪、真空热蒸发仪或电子束蒸发仪。
4. 一种上述银纳米颗粒阵列模板的制备方法，其特征在于基底材料为硅、二氧化硅或普通玻璃。
5. —种上述银纳米颗粒阵列模板的制备方法，其特征在于沉积Ag薄膜厚度为2 100nm。
6. —种上述银纳米颗粒阵列模板的制备方法，其特征在于热退火处理是在真空或有保护气体氛围下进行，保护气体为氢气、氮气或 氩气。
7. —种上述银纳米颗粒阵列模板的制备方法，其特征在于热退火温度为300 600°C，退火时间为0.5 1小时。
全文摘要
一种银纳米颗粒阵列模板，利用自组装法制备，银纳米颗粒的平均大小为10～500nm、密度10⁸～10¹²/cm²；一种上述银纳米颗粒阵列模板的制备方法，其工艺步骤如下1)利用真空沉积薄膜设备，在基板上沉积一层均匀的银薄膜；2)通过热退火处理使沉积的银薄膜形成离散的纳米颗粒，即可制得随机排布的银纳米颗粒阵列模板。本发明的优点是银模板采用自组装法制备，纳米颗粒的平均大小为10～500nm、密度10⁸～10¹²/cm²，而且颗粒的大小和密度可由银薄膜厚度控制；制备方法简单、易于操作、成本低；银模板具有高密度、随机排布的特点，有助于磁记录介质、平面场发射器等器件产品的设计制作。
文档编号B82B1/00GK101172573SQ20061001642
公开日2008年5月7日 申请日期2006年11月1日 优先权日2006年11月1日
发明者森 王 申请人:国家纳米技术与工程研究院