[发明专利]金属纳米结构阵列的制备方法

权利要求书

1. 一种金属纳米结构阵列的制备方法，包括以下步骤：

（1）制备单层有序二氧化硅纳米球致密排列：先配制二氧化硅纳米球溶胶体系，将该溶胶体系旋涂于一硅片表面，在硅片表面形成单层有序二氧化硅纳米球致密排列；所述硅片是指（111）晶向、（110）晶向或（100）晶向硅片；

（2）制备单层有序二氧化硅纳米球非致密排列：通过采用感应耦合等离子体刻蚀法将形成所述致密排列的二氧化硅纳米球刻小，在硅片表面得到单层有序二氧化硅纳米球非致密排列；

（3）制备金属纳米孔阵列掩模：在所述单层有序二氧化硅纳米球非致密排列上沉积金属膜，金属膜沉积厚度小于所述二氧化硅纳米球粒径，然后腐蚀二氧化硅纳米球，在硅片表面得到金属纳米孔阵列掩模；所述金属膜为铬膜，所述铬膜的沉积方法为真空蒸镀法或磁控溅射法；

（4）制备纳米结构阵列模版：以所述金属纳米孔阵列掩模作为刻蚀掩模，利用硅片的腐蚀特性对所述硅片进行腐蚀，然后去除金属纳米孔阵列掩模，得到纳米结构阵列模版；所述纳米结构阵列模版是指纳米八面体阵列模版、纳米棱柱体阵列模版、纳米金字塔阵列模版、纳米帽阵列模版、纳米圆柱体阵列模版或者纳米圆锥体阵列模版；在本步骤中，所述纳米八面体阵列模版、纳米棱柱体阵列模版、纳米金字塔阵列模版分别是利用各向异性湿法腐蚀工艺对所述（111）晶向、（110）晶向、（100）晶向硅片进行腐蚀后制备得到；所述纳米帽阵列模版是利用各向同性湿法腐蚀工艺对所述（100）晶向硅片进行腐蚀后制备得到；所述纳米圆柱体阵列模版或者纳米圆锥体阵列模版是利用感应耦合等离子体干法腐蚀工艺对所述（100）晶向硅片进行腐蚀后制备得到；

（5）制备金属纳米结构阵列：将成形用金属淀积在所述纳米结构阵列模版上，再使所述纳米结构阵列模版和淀积的金属层分离，得到金属纳米结构阵列；所述成形用金属为金、银、铜、铝或其他过渡金属，所述金、银、铜、铝或其他过渡金属的淀积方法为真空蒸镀法或磁控溅射法；使所述纳米结构阵列模版和淀积的金属层分离的具体操作为湿法腐蚀硅片使二者分离或者使用粘性物质从所述硅片上揭起淀积的金属层使二者分离。

2. 根据权利要求1所述的金属纳米结构阵列的制备方法，其特征在于：所述二氧化硅纳米球溶胶体系中，二氧化硅纳米球的平均粒径D为10nm~5000nm，单分散性小于5%。

3. 根据权利要求1或2所述的金属纳米结构阵列的制备方法，其特征在于：所述二氧化硅纳米球溶胶体系的溶剂为乙醇或去离子水或乙醇与去离子水的混合物，所述二氧化硅纳米球与所述溶剂的体积比为0.2~0.4。

4. 根据权利要求1或2所述的金属纳米结构阵列的制备方法，其特征在于：在制备单层有序二氧化硅纳米球致密排列步骤中，所述旋涂时转速为1500rpm~6000rpm，旋转时间为10min~20min。

5. 根据权利要求1或2所述的金属纳米结构阵列的制备方法，其特征在于：在制备单层有序二氧化硅纳米球非致密排列步骤中，所述感应耦合等离子体刻蚀法具体是指：在感应耦合等离子刻蚀真空腔中，以三氟甲烷和氩气为气源对所述二氧化硅纳米球进行选择性刻蚀，所述三氟甲烷的体积流量为40sccm~60sccm，所述氩气的体积流量为30sccm~50sccm，所述真空腔的真空度控制在0.01±0.003 Pa，所述刻蚀过程中的射频功率38W~60W，刻蚀时间为5min~15min。

6. 根据权利要求1所述的金属纳米结构阵列的制备方法，其特征在于：

所述真空蒸镀法具体是指：在电子束蒸发镀膜系统的工作腔中，先抽真空至1×10^－1Pa~1Pa后升温至100℃~150℃，继续抽真空至4×10^－4Pa~7×10^－4Pa，预热枪灯丝后电压升至6000V~8000V开始蒸镀，蒸镀速率控制在0.4?/s~1.2?/s，当镀层厚度达到500?~1000?时关挡板停止镀膜，完成蒸镀；

所述磁控溅射法具体是指：将磁控溅射系统工作腔内抽真空至1×10^－4Pa ~5×10^－3 Pa，预热射频电源5min~15min，以40sccm~120sccm的体积流量通氩气，调节腔内气压为0.1Pa~100Pa后完成镀膜准备，打开直流电源调节功率至200W~500W开始镀膜，镀膜完毕后关闭直流电源，完成镀膜。

7. 根据权利要求1或2所述的金属纳米结构阵列的制备方法，其特征在于：在所述制备金属纳米孔阵列掩模步骤中，所述腐蚀二氧化硅纳米球的腐蚀液为质量比3∶10的HF溶液与水组成的混合液，所述HF溶液的质量分数为40%。