[发明专利]一种自支撑多层微纳米结构的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及三维微纳器件技术领域，是三维立体自支撑多层微纳米结构的制作方法，特别涉及一种基于离子干法刻蚀对基底材料的溅射，使溅射出的物质均匀附着在自支撑母体纳米结构上，从而制备自支撑多层微纳米结构。通过对基底材料与多层膜材料组成的控制，所制备的自支撑多层微纳米结构的物质种类和结构具有精确的可设计与可调制性，具有工艺简单、灵活、大面积、可均匀制备的特点。

背景技术

随着纳米技术的发展，对低维材料物性的研究越来越广泛，特别是对一维纳米线的研究已经大规模展开，关于各种材料体系与结构的纳米线的文章层出不穷。通过化学气相沉积方法生长的纳米线的结构一般比较简单，为实心圆柱或截面为多边形的柱体，物质结构一般也比较单一，很难出现多层不同物质结构，而且存在纳米材料的空间分布与尺寸均一性等问题。人们采用电化学的方法可以制备出不同材质的多层金属结构(纳米线长度方向的多层)，但是由于该方法的局限性，制备出的多层纳米线结构仅限于某几种金属。Aric Sanders等人在n型的氮化镓自支撑纳米线上外延生长了p型的氮化镓，制备出了同心双层纳米线结构(Nanotechnology 22(2011)465703)。Oliver Hayden等人利用激光脉冲沉积方法在p型的Si纳米线上沉积了一层n型的CdS壳层结构，制成了纳米LED(Adv.Mater.2005，17，NO.6，March 22.)。到目前为止，同心的多层纳米线的制备方法非常有限。所制备的纳米结构都比较简单。因此急需寻找一种简易的灵活性高的制备自支撑多层微纳米结构的方法，以满足新型微纳米结构与电子器件快速发展的要求。

发明内容

本发明的目的在于结合目前新材料和新技术的发展，提供一种制备自支撑的多层微纳米结构的方法。利用离子束干法刻蚀时多层膜基底材料在自支撑母体纳米结构上的再沉积效应，通过对多层膜基底材料与离子束刻蚀参数的调控，来制备具有不同尺寸、材质、形貌与空间分布得自支撑多层微纳米结构。

为达到上述目的，本发明自支撑多层微纳米结构的制备方法的技术解决方案包括下列步骤：

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。

本发明的有益效果：本发明依次通过平整衬底的选取与清洗，平整衬底上多层膜结构的制备，多层膜基底上自支撑母体纳米结构的生长，离子束刻蚀多层膜基底自支撑母体纳米结构，以及自支撑多层微纳米结构的热退火处理这一系列的工艺过程。这些过程的有机结合，其特点在于平整衬底、多层膜结构以及自支撑母体纳米结的种类不限，能满足多领域不同的需求，生长与加工手段、方法多种多样，具有高度的灵活性与实际应用价值；采用离子束对多层膜基底的轰击产生的溅射与再沉积效应，形成多层膜自支撑微纳米结构，不需要高温、高压及超高真空环境，工艺简单、经济、可控性好；采用热退火对获得的自支撑多层微纳米结构进行加工后处理，可进一步调制，提高所加工的自支撑多层微纳米结构的性能。通过这一技术制备的自支撑三维微纳米结构图形复杂、材料种类齐全，整个工艺过程具有大面积、高可控、可设计、和高效的特点。这一技术可克服现有异质结构三维微纳结构制备中存在的工艺较复杂、条件较苛刻，均匀性与可控性较差的特点。本发明大大拓展了三维微纳米结构的制备范围，为新型多功能三维微纳米结构与器件的加工应用提供了新方法。

附图说明：

图1是本发明制备自支撑多层微纳米结构的流程图。

图2a、图2b、图2c是本发明离子束干法刻蚀再沉积制备的微纳米锥状结构。

图中各符号的含义如下：

1，平整衬底；

2，多层膜结构；

3，多层膜基底；

4，自支撑母体纳米结构；

5，自支撑母体纳米结构上沉积的外壳；

6，自支撑多层微纳米结构