[发明专利]三角形金属纳米孔阵列的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及金属纳米结构领域，尤其涉及一种三角形金属纳米孔阵列结构的制备方法。

背景技术

近年来，金属纳米结构阵列（特别是贵金属纳米结构阵列，例如金、银等）由于其独特的物理、化学、光学性能被广泛关注。尤其是当入射光照射在金属纳米阵列结构表面时，激发金属表面等离子体集体震荡，从而诱发许多特殊的光学现象，如超强光透射现象（Extraordinary Optical Transmission，EOT）、表面增强拉面散射（Surface-Enhanced Raman Scattering ）、表面增强荧光现象（Surface-enhanced Fluorescence Spectroscopy，SEFS）等。这些优秀的光学性质可以在高灵敏度生化传感器、表面增强拉曼基底、太阳能电池、微纳光学等多方面得到应用。

纳米结构阵列的形貌对这些光学现象有重大影响，其中三角形纳米结构阵列表现出良好的光学特性。在占空比相同的条件下，通过等边三角形纳米孔阵列结构的透射光谱较方形纳米孔阵列或圆形纳米孔阵列，透射率有较大提高。嵌入基底的三角形金纳米颗粒阵列，表现出良好的拉曼增强特性。

目前，三角形金属纳米孔阵列通常通过“自上而下”或“自下而上”工艺来制备。现有工艺对设备要求较高、成本较高、制备效率较低；同时对于三角形金属纳米孔阵列及其制造技术的研究和改进而言，如何解决金属纳米孔阵列的三角形形貌、尺寸、阵列均匀性、阵列局部缺陷等问题，均具有重大的理论和现实意义，这也是本领域研究人员面临的一个巨大挑战。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对现有技术的不足，提供一种通用性强、适应性广、兼容性好、效率高、成本低且能为研究金属纳米结构阵列特性提供便利的三角形金属纳米孔结构阵列的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采用以下的技术方案：

一种三角形金属纳米孔阵列的制备方法，包括以下步骤：

（1）制备双层有序聚苯乙烯（PS）纳米球致密排列：先配置PS纳米球悬浮液，再将所述PS纳米球悬浮液旋涂于一硅片表面，在硅片表面形成双层有序PS致密排列（PS纳米球六方排列）；优选地，PS纳米球的平均粒径为10nm～5000nm，单分散性小于5%；所述PS纳米球悬浮液的溶剂为乙醇或/和去离子水，PS纳米球与所述溶剂的体积比为20%～40%；

（2）制备下层三瓣形排列和上层PS纳米球非致密排列：采用感应耦合等离子体刻蚀法将所述双层有序致密排列PS纳米球刻小（上层PS纳米球颗粒体积被刻蚀减小，下层PS纳米球颗粒部分被刻蚀），上层PS纳米球形成非致密排列，下层PS纳米球形成带有中间突起的三瓣形颗粒排列，下层相邻的三个瓣围成三角形且托举起一个上层的PS纳米球；

（3）制备三角形纳米孔阵列结构的金属掩模：在硅片表面沉积金属膜，金属膜的沉积厚度大于所述下层三瓣形颗粒中间凸起的高度，但小于瓣的高度，然后去除上层PS纳米球，在硅片表面得到三角形纳米孔阵列结构的金属掩模；

（4）制备三角形硅纳米孔阵列模版：以所述金属掩模为刻蚀掩模，利用感应耦合等离子体刻蚀法刻蚀硅片，再利用湿法腐蚀方法去除硅片表面的金属膜（硅片上剩余的PS球也被去除），在硅片表面得到三角形硅纳米孔阵列模版；

（5）制备三角形金属纳米孔阵列结构：在所述三角形硅纳米孔阵列模版上沉积金属，制得三角形金属纳米孔阵列。

作为对上述制备方法的优化，所述步骤（1）中，旋涂时的转速为1500rpm～6000rpm，旋转时间为5min～20min。

作为对上述制备方法的优化，所述步骤（2）中，利用感应耦合等离子体（ICP）刻蚀法对双层有序致密排列的聚苯乙烯纳米球进行刻蚀的工艺过程为：在感应耦合等离子刻蚀真空腔中，以氧气为气源对所述致密排列的聚苯乙烯纳米球进行刻蚀，所述氧气的体积流量为30sccm～60sccm，所述真空腔的真空度控制在0.6±0.003Pa，刻蚀过程中的射频功率为30W～60W，刻蚀时间为3min～8min。