[发明专利]一种自支撑多层微纳米结构的制备方法

权利要求书

1.一种自支撑多层微纳米结构的制备方法，其特征在于，其包括下列步骤：

步骤S1：选取平整衬底并清洗；

步骤S2：在平整衬底上制备多层膜结构，得到多层膜基底；

步骤S3：在多层膜基底表面上制备自支撑母体纳米结构，得到多层膜基底自支撑母体纳米结构体系；

步骤S4：将多层膜基底自支撑母体纳米结构体系放入到离子刻蚀系统的样品腔中，对多层膜基底自支撑母体纳米结构体系进行离子束干法刻蚀；刻蚀过程中，除了被自支撑母体纳米结构覆盖的部分之外，多层膜基底表面的物质会从上至下依次的在离子束的轰击下溅射出来，再沉积在自支撑母体纳米结构上，从而形成自支撑多层微纳米结构；

步骤S5：通过对所得到的自支撑多层微纳米结构进行热处理，用于对自支撑多层微纳米结构的微结构或形状进行调控；

步骤S6：得到自支撑多层微纳米结构的成品。

2.如权利要求1所述自支撑多层微纳米结构的制备方法，其特征在于，步骤S1中的平整衬底和多层膜结构的材料是半导体、导体或绝缘体中的一种或者是几种的组合，所述半导体是Si，GaAs，InP或GaN中的一种或者是几种的组合，所述导体是Au，Ag，Co，Ni，Cu，Pt，CoPt中的一种或者是几种的组合，所述绝缘体SiO₂，Si₃N₄，Al₂O₃，HfO₂中的一种或者是几种的组合。

3.如权利要求1所述自支撑多层微纳米结构的制备方法，其特征在于，步骤S2中平整衬底上多层膜结构的制备方法包括热蒸发、电子束蒸发、离子束辅助诱导沉积、原子层沉积、磁控溅射、旋涂、电镀、化学气相沉积、激光诱导沉积以及外延沉积方法中的一种或者几种方法的组合；多层膜结构的层数N₁≥0。

4.如权利要求1所述自支撑多层微纳米结构的制备方法，其特征在于，步骤S3中自支撑母体纳米结构是实心的结构，或是空心的结构；自支撑母体纳米结构是与多层膜基底垂直或者成一夹角的自支撑母体纳米线、纳米薄膜片状结构、或者是他们的组合；自支撑母体纳米线与多层膜基底的夹角a为0＜a≤90°；自支撑母体纳米结构的生长方法包括聚焦电子束/离子束辅助的化学气相沉积直写生长；或是通过曝光工艺，结合金属沉积，溶脱工艺步骤制备出纳米掩模结构，然后通过深刻蚀的方法制备出的纳米结构。

5.如权利要求1所述自支撑多层微纳米结构的制备方法，其特征在于，步骤S2和步骤S3的顺序是能调换的：先制备多层膜基底，然后再制备自支撑母体纳米结构，或先制备自支撑母体纳米结构，再制备多层膜基底。

6.如权利要求1所述自支撑多层微纳米结构的制备方法，其特征在于，步骤S4中的离子干法刻蚀使用的离子束设备是反应离子刻蚀系统，电感耦合反应离子刻蚀系统，聚焦离子束刻蚀系统以及离子束刻蚀系统中的一种设备；所述刻蚀过程是利用能量大于100eV的离子来轰击多层膜基底，使多层膜基底表面的原子溅射出来，从而达到刻蚀溅射与再沉积的效果；当第一层物质先溅射出来，溅射出的部分产物附着在自支撑母体纳米结构的表面；当第一层多层膜基底物质被刻蚀完后，最靠近表面的第二层物质裸露出来，经过离子束的轰击溅射出来形成自支撑母体纳米结构表面的第二层物质，依次类推，获得自支撑多层微纳结构；所形成的自支撑多层纳米结构的外壳层数N₂≥1。

7.如权利要求1所述自支撑多层微纳米结构的制备方法，其特征在于，步骤S4中的离子束干法刻蚀中，通过调整离子能量、离子种类、离子束与多层膜基底的夹角以及刻蚀时间的刻蚀参数，来控制多层膜基底材料的溅射速率及溅射物质在自支撑母体纳米结构上的再沉积速率；此外，通过对自支撑母体纳米结构与多层膜基底间夹角的设计与调整，来控制被溅射料在自支撑母体纳米结构不同方位的再沉积速率，形成具有不同于自支撑母体纳米结构的形状的新微纳结构。

8.如权利要求1所述自支撑多层微纳米结构的制备方法，其特征在于，步骤S5对自支撑多层微纳米结构的是否进行热处理的判断步骤包括：

步骤S51：当未达到所需求自支撑多层微纳米结构的微结构、化学组成和形状时，对自支撑多层微纳米结构进行热处理，则执行步骤S52；当达到所需自支撑多层微纳米结构的微结构、化学组成和形状时，不对自支撑多层微纳米结构进行热处理，则只执行步骤S4；

步骤S52：调整对自支撑多层微纳米结构的退火温度、时间、气氛、温度的升降速率，得到符合需求微结构、化学组成和形状的自支撑多层微纳米结构。