[发明专利]金刚石表面图形化的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于金刚石加工领域，特别涉及金刚石表面图形化的制备方法。

背景技术

金刚石薄膜是一种蕴含巨大应用潜力的新型功能材料，独特的物理化学性质使其在微电子、微传感器、微机械和微光机电系统等高新技术领域有着广泛的应用前景^[1，2]。但是，金刚石薄膜因极高的硬度和化学稳定性难以被加工，要得到上述应用领域所需要的精细结构，还需要在相关领域进行系统深入的研究。

目前用于金刚石薄膜图形化的方法有：播种法选择性生长技术、掩膜法选择性生长技术、反应离子刻蚀、离子束刻蚀技术、激光刻蚀技术。

播种法就是通过传统的光刻技术，用混有金刚石微粉的光刻胶在抛光的单晶Si衬底上形成一定的引晶图形，并利用图形区与抛光的衬底处金刚石成核密度的巨大差异，实现金刚石薄膜的高选择比生长。其缺点是精度不高，在非生长区域出现较多杂散的金刚石颗粒。

掩膜法图形化金刚石薄膜是以SiO₂薄膜作为掩膜，利用衬底的表面差异(衬底表面有研磨处理过和未处理)进行选择性生长，使金刚石局部地生长在经研磨处理过的区域。刻蚀技术就是利用掩膜直接对金刚石薄膜进行刻蚀，实现图形化的方法。离子束刻蚀装置采用了Kaufman离子源，而反应离子刻蚀则采用射频电源，它们都采用铝膜作为保护掩膜^[3]。激光刻蚀就是直接采用激光器对金刚石薄膜进行刻蚀。激光刻蚀微加工与一般的干法刻蚀不同，多采用激光束扫描方式进行^[4]。

但上述制备方法的缺点是：播种法难以制备厚度较大的薄膜，掩膜法由于存在晶界处的优先刻蚀，因此往往局限于单晶金刚石的表面加工，激光法对于细线加工能力和加工效率上也有待提高。

参考文献

[1]May P W.Diamond thin films：a21^st-century material.Lond：phil Trans R Soc，A(2000)。

[2]Lieberman D.Study suggests diamonds are MEMS’best friend.Electronicengineering times，1999，18：79。

[3]莘海维，奚正蕾，凌行等。金刚石薄膜图形化技术的研究。航空精密制造技术。2002，38(1)：9-12。

[4]冯明海，方亮，刘高斌等。金刚石刻蚀技术研究。材料导报.2006，20(1)：101-103。

发明内容

本发明的目的在于提供一种易于操作、制备快速的金刚石表面图形化的制备方法。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：金刚石表面图形化的制备方法，其特征在于它包括如下步骤：

1)、金刚石表面的清洁：

将表面平整的金刚石先用醇、然后用蒸馏水超声洗涤(醇洗涤5-20分钟，蒸馏水洗涤5-20分钟)，然后在100-150℃的温度下烘烤5-30分钟，将金刚石放置在真空腔体中，通入工作气体，利用电能或电磁能激励工作气体使之放电产生等离子体，在200-300℃的温度下清洁金刚石表面5-10分钟，然后冷却到室温，取出备用；所述的工作气体是氩气、氢气中的一种或者是它们的混合气体，为混合气体时，氩气与氢气为任意配比；

2)金刚石表面隔离层的制备：

将步骤1)清洁后的金刚石利用物理气相沉积方法由硅材料在金刚石表面沉积一层隔离层，厚度控制在0.03-30微米；所述的隔离层的材料为二氧化硅；

3)隔离层表面光刻胶图案的制备：

在避光下，将步骤2)制备好的覆盖有隔离层的金刚石，用旋涂的方法在隔离层表面涂覆一层紫外正性光刻胶或紫外负性光刻胶，用量50-200μL/cm²，在1300-1700转/分钟转速下，旋涂60-600秒，得隔离层上涂覆有一层光刻胶的金刚石；然后将该金刚石在水平的表面放置20-120分钟(使之通过粘稠液的表面张力自调整为一个平的表面)；接着在100-150℃的温度烘烤10-50分钟，然后取出，用带有设计好图案(该图案为准备在金刚石表面加工的图案，可以是线路图案也可以是其它类型的图案)的掩膜覆盖在金刚石上的光刻胶上，对金刚石放置在光刻机下曝光(曝光时间随光刻胶的要求而定)，然后在浓度为0.5wt％(重量浓度)的NaOH溶液中显影0.5-30分钟；取出该金刚石后，用蒸馏水漂洗金刚石，得表面有光刻胶图案的金刚石；

4)金刚石表面隔离层图案的制备：