[发明专利]在硅基底上制备二氧化钛或二氧化锆微图案方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种硅表面二氧化钛、二氧化锆微图案的制备方法

背景技术

微图案材料的制备已成为许多技术领域的追逐的热点，如微流体、光学、电子和信息存储等领域。但是，如何通过简便易行且经济廉价的方法制得有序的图案一直这一领域具有挑战性的课题。光刻技术(Adv.Mater.2004，16，1249)是当今最为成熟的图案化技术，该方法用到了光敏的聚合物或光刻胶作为曝光材料。近年来发展的软刻蚀技术(Chem.Rev.1999，99，1823)为传统光刻技术开辟了新路，但该过程一般用到了自组装单层膜作为图案的模板。不管是使用光敏材料，还是结合自组装膜技术，无疑都增加了操作步骤，提高了生产成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种硅表面上图案化二氧化钛、二氧化锆的制备方法。

本发明巧妙的将光电效应与图案化技术相结合，不仅方法简单，而且价格低廉。该发明丰富了光电效应在图案化领域的应用，对拓展新的图案化方法有着积极的作用。

本发明的制备方法包括以下步骤：

A、硅基底的处理

依次用甲苯、丙酮、乙醇超声清洗硅片，然后置于浓硫酸和双氧水的混合溶液(Piranha溶液)中于90℃煮20-40分钟，水冲洗，氮气吹干；

B、紫外光照

硅片上放置光掩膜板，同时用石英片压紧，于紫外灯下光照30～90min，移去掩膜板，静置；

C、化学沉积

将光照后的硅片放入过氧硫酸钛或过氧硫酸锆的水溶液中于80℃下沉积20～30分钟，丙酮清洗，更换澄清溶液，重复该过程几次。

本发明所用的基底为n(100)型和p(100)型两种单晶硅。

本发明所用的光掩膜板为透射电子显微镜中使用的铜网。

本发明在化学沉积过程中使用了金属的无机盐作为原料来替代传统的金属醇盐，是一种廉价的制备图案化无机物薄膜的方法。

本发明的工作原理描述如下：

硅片清洗后表面为一层亲水的SiO₂层，厚度约为2～3nm。覆盖上铜网后于紫外灯下光照。表面的SiO₂层对于波长＞140nm的光线是透过的。体相的单晶硅为窄带隙半导体，易于受紫外光的激发而发生载流子的迁移。如果只考虑直接跃迁和单光子激发过程，电子和空穴激发所需要的能量分别为4.3eV(288nm)和5.7eV(218nm)。紫外灯主要发射波长大于200nm的光线，因而能够把电子和空穴同时激发。激发的载流子到达Si/SiO₂界面后，扩散到外层的SiO₂表面。由于，电子和空穴的迁移率有较大的差别，前者是后者的约10⁷倍，这使得电子很快在界面处被空气捕获或是复合回到体相，而空穴因特别慢的迁移率较长时间的停留在SiO₂表面，导致SiO₂表面荷正电。

关闭紫外灯，放置一个小时后，将硅片放入过氧硫酸钛的溶液中于80℃下沉积。溶液中的二氧化钛颗粒荷少量的正电荷(5～10mV)，因光照后的区域也荷一定量的正电荷，正正排斥，所以二氧化钛颗粒在光照区域的沉积变得困难。相反，未光照的区域与溶液中的钛颗粒缺少相应的排斥力，且考虑到亲水-亲水的相互作用，使得二氧化钛颗粒在该区域沉积变得更为容易。

本发明以廉价的无机盐水溶液(过氧硫酸钛、过氧硫酸锆)作为原料来替代传统的金属醇盐，以化学沉积法制得了图案化的二氧化钛、二氧化锆的无机物薄膜。紫外光照使得硅表面荷正电，抑制了无机物在该区域的沉积。所得到的氧化物图案为负相图案。该方法未对表面进行任何修饰，在完全亲水的表面上即可获得图案，具有操作简单，成本低廉的优点，且拓展了光电效应在图案化领域的应用。

具体实施方式

为了更好的理解本发明，通过实施例进行说明

实施例1

硅片上制备图案化二氧化钛微结构图案：

1.硅基底的处理

依次用甲苯、丙酮、乙醇超声清洗硅片，然后置于7∶3的浓硫酸和双氧水的混合溶液(Piranha溶液)中于90℃煮30分钟，二次水冲洗，氮气吹干。硅表面的SiO₂层厚度约为2～3nm。

2紫外光照