一种纳米结构阵列及其制备方法和用图_2

文档序号:9516493阅读:来源:国知局
为l-100nm,如2nm、5nm、10nm、20nm、30nm、 50nm、70nm、80nm 或 90nm 等。
[0036] 优选地,步骤(3)所述待沉积物为金属、金属氧化物或除金属氧化物外的半导体 材料中的任意一种或至少两种的组合,典型但非限制性的组合为:金属与金属氧化物,金属 氧化物与半导体材料,金属与半导体材料,金属、金属氧化物与半导体材料。
[0037] 优选地,所述金属为金、铂、银、铜、铬、铝、镍、钛、锗、铌或钽中的任意一种或至少 两种的组合,典型但非限制性的组合为:金与铂,银、铜与铬,铂、银与铜,铬、铝、镍、钛与锗, 错、银、钛、锗、银与组。
[0038] 优选地,所述金属氧化物为氧化钛、氧化锌、氧化铝、氧化镉、氧化铟中的任意一种 或至少两种的组合,典型但非限制性的金属氧化物组合为:氧化钛与氧化锌,氧化铝、氧化 镉与氧化铟,氧化铝与氧化镉,氧化锌、氧化铝与氧化镉。
[0039] 优选地,所述除金属氧化物外的半导体材料为氮化钛、氮化锆、砷化镓、磷化铟、氮 化镓中的任意一种或至少两种的组合,典型但非限制性的半导体材料组合可为:氮化钛与 氮化锆,砷化镓与磷化铟,磷化铟与氮化镓,砷化镓、磷化铟与氮化镓。
[0040] 步骤(3)采用丙酮、氢氧化钠溶液或氢氟酸溶液剥离沉积物。
[0041 ]优选地,步骤(3)所述剥离的时间为 l-10min,如 2min、3min、4min、5min、6min、 7min、8min 或 9min〇
[0042] 优选地,步骤(3)所述后处理为:去除残留在沉积物上的电子抗蚀剂。
[0043] 残留在沉积物上的电子抗蚀剂可采用多种方法去除,优选为使用刻蚀法去除电子 抗蚀剂。
[0044] 优选地,所述刻蚀法使用的刻蚀气体为三氟甲烷(CHF3)与氩气的混合气或氧气。
[0045] 优选地,所述刻蚀的时间为 5s_5min,如 10s、20s、30s、50s、lmin、2min、3min、4min 或 4. 5min〇
[0046] 优选地,所述刻蚀的速率为 50-500nm/min,如 60nm/min、80nm/min、100nm/min、 200nm/min、300nm/min、400nm/min 或 450nm/min 等。
[0047] 作为优选的技术方案,所述制备方法包括如下步骤:
[0048] (1)采用RCA标准清洗法和氧等离子体处理对衬底进行表面处理;
[0049] (2)在表面处理后的衬底表面旋涂30-300nm厚的负性电子抗蚀剂,之后用束斑尺 寸为0. 5-10nm的电子束曝光负性电子抗蚀剂并显影,显影的时间为0. 5-5min,得到纳米结 构阵列图案;
[0050] (3)在纳米结构阵列图案上以0,1-2.〇A/S的速度沉积厚度为l-l〇〇nm的待沉积 物,并将沉积物剥离,得到剥离物;
[0051] (4)以50-500nm/min的速率刻蚀去除剥离物上残留的负性电子抗蚀剂,刻蚀的时 间为5s-5min,得到线宽为3-15nm的纳米结构阵列。
[0052] 本发明提供的纳米结构阵列为亚毫米面积近极限尺寸纳米结构阵列,其采用电子 束曝光电子抗蚀剂,形成近极限尺寸的电子抗蚀剂纳米结构阵列图案,显影后沉积待沉积 物,然后剥离,再刻蚀残留的电子抗蚀剂,最终制备得到了近极限特征尺寸(亚l〇nm)的纳 米结构阵列。
[0053] 本发明还提供了所述纳米结构阵列的用途,其用于芯片、生物及化学传感、纳米光 学或等离子体共振领域。
[0054] 与现有技术相比,本发明的有益效果为:
[0055] 本发明提供的亚毫米面积近极限尺寸纳米结构阵列的制备方法可控性和重复性 好,制备的纳米结构尺寸均一,面积达亚毫米级,适用于多种材料;制备纳米结构阵列的衬 底可重复使用,易于开展标准化和定量化研究。
[0056] 本发明提供的亚毫米面积近极限尺寸纳米结构阵列将促使使用纳米结构阵列的 器件向着尺寸更小、面积更大及工艺更稳定的方向发展,其在芯片信息技术、生物及化学传 感、纳米光学及等离子体共振技术等领域将有极为广泛的应用。
【附图说明】
[0057] 图1为实施例1提供的纳米结构阵列图案的扫描电镜图。其中,(a)为三角形纳 米阵列图案;(b)为四边形纳米阵列图案;(c)为六边形纳米阵列图案。
[0058] 图2为实施例1提供的金纳米结构阵列的扫描电镜图。其中,(a)为三角形纳米 结构阵列;(b)为四边形纳米结构阵列;(c)为六边形纳米结构阵列。
[0059] 图3为实施例2提供的金纳米结构阵列的扫描电镜图。其中,(a)为三角形纳米 结构阵列;(b)为四边形纳米结构阵列;(c)为六边形纳米结构阵列。
[0060] 图4为实施例3提供的铜纳米结构阵列的扫描电镜图。其中,(a)为三角形纳米 结构阵列;(b)为四边形纳米结构阵列;(c)为六边形纳米结构阵列。
【具体实施方式】
[0061] 下面结合附图并通过【具体实施方式】来进一步说明本发明的技术方案。
[0062] 实施例1 :
[0063] 金纳米结构阵列的制备方法,包括如下步骤:
[0064] (1)采用RCA标准清洗法清洗硅(100)衬底,采用功率为60W的氧等离子体表面处 理仪处理硅(100)衬底2min ;
[0065] (2)在三个衬底上分别旋涂厚度为100nm的负性电子抗蚀剂,采用束斑直径为lnm 的电子束曝光电子抗蚀剂,电子束曝光系统与图形发生器连接,调节电子束曝光剂量分别 为60000 μ C/cm2、80000 μ C/cm2和100000 μ C/cm 2,得到三角形、四边形以及六边形纳米阵 列图案(如图1所示),纳米阵列图案的尺寸为100μπιΧ100μηι,三角开$、四边形和六边形 纳米阵列图案的线宽分别为5. 8nm、8. 7nm和8. 7nm ;用质量百分含量为1%的NaOH溶液对 得到的三角形、四边形以及六边形纳米阵列图案显影4min,之后用纯水冲洗2min,再分别 用质量百分含量为30 %、50 %、70 %、85 %及95 %的乙醇浸泡衬底10min,用无水乙醇浸泡 衬底两次,每次l〇min,最后用临界点干燥仪干燥衬底;
[0066] (3)采用电子束蒸镀工艺在纳米阵列图案上蒸镀2nm厚的铬,之后再在铬上蒸镀 20nm厚的金,铬和金的沉积速率分别为(|,4|沒和0.5//8,将沉积金属之后的衬底在Β0Ε溶 液中超声剥离8min ;
[0067] (4)以(:册3为刻蚀气体刻蚀金上残留的负性电子刻蚀剂,刻蚀时间为lmin,得到 三角形、四边形以及六边形的金纳米结构阵列(如图2所示)。
[0068] 实施例2 :
[0069] 金纳米结构阵列的制备方法:
[0070] 除负性电子抗蚀剂的厚度为80nm,电子束的束斑直径为0. 5nm,电子束曝光剂量 为60000 μ C/cm2,得到的纳米阵列图案的尺寸为150 μ mX 150 μ m ;显影后的衬底用纯水冲 洗2min,然后用异丙醇冲洗lmin,最后用高纯氮气吹干;在纳米结构阵列图案上沉积20nm 厚的金,金的沉积速率为0.4A/S外,其余与实施例1相同。得到的金纳米结构阵列如图3所 示,测量得知,三角形、四边形和六边形纳米阵列的线宽分别为8. 7nm、5. 8nm和9. 8nm。
[0071] 实施例3:
[0072] 铜纳米结构阵列的制备方法:
[0073] 除纳米结构阵列图案的尺寸为150 μ mX 150 μ m,电子束蒸镀过程中先沉积8nm的 铬,再沉积15nm的铜,铬和铜的沉积速率分别为〇.4人/S和1.0A/S外,其余与实施例1相同。 得到的铜纳米结构阵列如图4所示,测量得知,三角形、四边形和六边形纳米阵列的线宽分 别为 5. 8nm、8. 7nm 和 11. 7nm。
[0074] 实施例4 :
[0075] 氮化铌纳米结构阵列的制备方法:
[0076] 除电子束曝光剂量为100000 μ C/cm2;采用磁控溅射法在纳米结构阵列图案上沉 积20nm厚的氮化银,沉积速率为0.5A/S;采用丙酮超声剥离氮化银,剥离时间为4min ;以氧 气为刻蚀气体刻蚀残留在剥离氮化铌上的负性电子刻蚀剂,刻蚀时间为15s外,其余与实 施例1相同。
[0077] 实施例5 :
[0078] 氧化铝纳米结构阵列的制备方法:
[0079] (1)采用RCA标准清洗法清洗衬底,并用功率为50W的等离子体表面处理仪对衬底 进行氧等离子体表面处理,处理时间为5min ;
[0080] (2)在衬底表面旋涂30nm厚的负性电子抗蚀剂,之后用
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