碗狀金屬納米結(jié)構(gòu)的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種碗狀金屬納米結(jié)構(gòu)的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 金、銀等金屬光柵在很多領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用，比如納米光學(xué)、生化傳感器、超高 分辨成像的精密光學(xué)儀器、表面等離子學(xué)和表面等離子激元光刻等。
[0003] 現(xiàn)有金屬光柵多是通過剝離（Lift-off)工藝或電化學(xué)或干法刻蝕等方法制備的， 然而，這些方法或因為引入化學(xué)試劑導(dǎo)致金屬光柵的結(jié)構(gòu)及性質(zhì)不理想，或很難實現(xiàn)特定 形貌及非常小的納米結(jié)構(gòu)，或容易引起金、銀等金屬發(fā)生物理性質(zhì)不穩(wěn)定。因此，利用上述 方法制備具有一定微結(jié)構(gòu)的金、銀等金屬光柵具有很大的挑戰(zhàn)性。
[0004] 碗狀金屬納米結(jié)構(gòu)是一種特殊形貌的金屬納米結(jié)構(gòu)，該金屬納米結(jié)構(gòu)具有廣闊 的應(yīng)用領(lǐng)域，如基于表面等離子激元的單分子檢測、生化傳感器、折射率傳感器、亞波長光 束整形及納米聚焦（nanofocusing)等。然而，現(xiàn)有的碗狀金屬納米結(jié)構(gòu)的制備方法復(fù)雜， 工藝步驟較多，無法實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。另外，目前尚未有報道能夠制備一體成型的球-碗 (particle-in-bowl)結(jié)構(gòu)。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005] 有鑒于此，確有必要提供一種碗狀金屬納米結(jié)構(gòu)的制備方法，利用該方法可制備 出一體成型的凸塊結(jié)構(gòu)，且該方法簡單易操作。
[0006] 一種碗狀金屬納米結(jié)構(gòu)的制備方法，其包括以下步驟： 提供一基底； 在所述基底的表面設(shè)置一金屬層； 在所述金屬層遠離基底的表面設(shè)置一圖形化的掩模層，該圖形化的掩模層包括多個間 隔設(shè)置的凸塊，相鄰的凸塊之間的金屬層被暴露； 對上述結(jié)構(gòu)進行退火處理，使每個凸塊的頂面形成多個裂紋；以及 采用物理性刻蝕氣體和反應(yīng)性刻蝕氣體同時刻蝕，對應(yīng)在每個凸塊的位置形成一碗狀 金屬納米結(jié)構(gòu)。
[0007] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所提供的碗狀金屬納米結(jié)構(gòu)的制備方法簡單，易于實現(xiàn) 工業(yè)化生產(chǎn)，且利用該方法可制備一體成型的凸塊結(jié)構(gòu)，該凸塊結(jié)構(gòu)由同種金屬材料組成。
【附圖說明】
[0008] 圖1為本發(fā)明提供的制備碗狀金屬納米結(jié)構(gòu)的工藝流程圖。
[0009] 圖2為圖1中裂紋形成時的立體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0010] 圖3為圖1中刻蝕過程的工藝流程圖。
[0011] 圖4為本發(fā)明提供的碗狀金屬納米結(jié)構(gòu)的立體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0012] 圖5為圖4的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013] 圖6為本發(fā)明提供的碗狀金屬納米結(jié)構(gòu)的掃描電鏡照片。
[0014] 圖7為本發(fā)明提供的另一碗狀金屬納米結(jié)構(gòu)的立體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015] 圖8為圖7的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016] 圖9為本發(fā)明提供的應(yīng)用一碗狀金屬納米結(jié)構(gòu)的檢測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017] 主要元件符號說明
【主權(quán)項】
1. 一種碗狀金屬納米結(jié)構(gòu)陣列的制備方法，其包括以下步驟： 提供一基底； 在所述基底的表面設(shè)置一金屬層； 在所述金屬層遠離基底的表面設(shè)置一圖形化的掩模層，該圖形化的掩模層包括多個間 隔設(shè)置的凸塊，相鄰的凸塊之間的金屬層被暴露； 對上述結(jié)構(gòu)進行退火處理，使每個凸塊的頂面形成多個裂紋；以及 采用物理性刻蝕氣體和反應(yīng)性刻蝕氣體同時刻蝕，對應(yīng)在每個凸塊的位置形成一碗狀 金屬納米結(jié)構(gòu)。
2. 如權(quán)利要求1所述的碗狀金屬納米結(jié)構(gòu)陣列的制備方法，其特征在于，所述物理性 刻蝕氣體為氬氣或氦氣，所述反應(yīng)性刻蝕氣體為氧氣、氯氣、三氯化硼或四氟化碳。
3. 如權(quán)利要求1所述的碗狀金屬納米結(jié)構(gòu)陣列的制備方法，其特征在于，所述金屬層 的材料為貴金屬以及鈦、銅、鋁。
4. 如權(quán)利要求3所述的碗狀金屬納米結(jié)構(gòu)陣列的制備方法，其特征在于，所述貴金屬 為金、銀、鉬、鈕。
5. 如權(quán)利要求1所述的碗狀金屬納米結(jié)構(gòu)陣列的制備方法，其特征在于，所述退火處 理具體包括：在氮氣或氬氣環(huán)境中，加熱至130攝氏度~180攝氏度之間并保溫5分鐘、O 分鐘，以及冷卻至室溫。
6. 如權(quán)利要求1所述的碗狀金屬納米結(jié)構(gòu)陣列的制備方法，其特征在于，所述刻蝕的 步驟在一刻蝕系統(tǒng)中進行，所述物理性刻蝕氣體的體積流量為25sccnTl50sccm，所述反應(yīng) 性離子刻蝕氣體的體積流量為5sccnTl5sccm。
7. 如權(quán)利要求1所述的碗狀金屬納米結(jié)構(gòu)陣列的制備方法，其特征在于，所述凸塊頂 面的裂紋被反應(yīng)性刻蝕氣體刻蝕而擴大直至將金屬層暴露出來。
8. 如權(quán)利要求7所述的碗狀金屬納米結(jié)構(gòu)陣列的制備方法，其特征在于，所述掩模層 被反應(yīng)性刻蝕氣體完全刻蝕除去，通過裂紋擴大而暴露的金屬層被物理性刻蝕氣體刻蝕形 成一碗狀凹陷部，且在該碗狀凹陷部中心有一凸起結(jié)構(gòu)，相鄰的凸塊之間暴露的金屬層被 物理性刻蝕氣體完全刻蝕或部分刻蝕。
9. 如權(quán)利要求8所述的碗狀金屬納米結(jié)構(gòu)陣列的制備方法，其特征在于，所述相鄰的 凸塊之間暴露的金屬層是否被完全刻蝕與所述金屬層的厚度及刻蝕時間有關(guān)。
10. 如權(quán)利要求9所述的碗狀金屬納米結(jié)構(gòu)陣列的制備方法，其特征在于，所述金屬層 的厚度為1〇〇納米~200納米。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種碗狀金屬納米結(jié)構(gòu)陣列的制備方法，其包括以下步驟：提供一基底；在所述基底的表面設(shè)置一金屬層；在所述金屬層遠離基底的表面設(shè)置一圖形化的掩模層，該圖形化的掩模層包括多個間隔設(shè)置的凸塊，相鄰的凸塊之間的金屬層被暴露；對上述結(jié)構(gòu)進行退火處理，使每個凸塊的頂面形成多個裂紋；以及采用物理性刻蝕氣體和反應(yīng)性刻蝕氣體同時刻蝕，對應(yīng)在每個凸塊的位置形成一碗狀金屬納米結(jié)構(gòu)。本發(fā)明還涉及一種利用上述制備方法所制備的碗狀金屬納米結(jié)構(gòu)陣列以及一種利用該碗狀金屬納米結(jié)構(gòu)陣列的檢測系統(tǒng)。
【IPC分類】B82Y40-00, G02B5-18, B82Y20-00, B81C1-00
【公開號】CN104803342
【申請?zhí)枴緾N201410031509
【發(fā)明人】朱振東, 李群慶, 白本鋒, 范守善
【申請人】清華大學(xué), 鴻富錦精密工業(yè)（深圳）有限公司
【公開日】2015年7月29日
【申請日】2014年1月23日
【公告號】US9099407, US20150206766