[发明专利]一种大面积图案化蓝宝石衬底的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于微纳米加工领域，具体涉及利用纳米压印方法制备大面积纳米图案化蓝宝石衬底的方法。

背景技术

当前资源匮乏、能源紧张已成为全球性问题，在如此大环境下，世界各国均不约而同的开始将目光投向新型照明光源的研发制备和产业化上。上世纪九十年代LED技术取得了重大的突破，目前LED在大面积显示，交通灯，照明，通信等方面发挥着重大作用。特别是照明方面，LED作为第四代光源，对比白炽灯和节能灯在节能和寿命方面有着极大的优势。理论上可实现只消耗白炽灯10%的能耗，比荧光灯节能50%，而寿命则是荧光灯的10倍、白炽灯的100倍。然而由于工业生产条件的限制，LED存在发光亮度不足、发光效率不高的缺点。研究表明，图案化蓝宝石衬底设计是目前用于提高LED发光效率的一个普遍做法。

纳米压印技术是1995年由Stephen Chou首先提出，由于其高产量、高分辨率、低成本的优点，被列为下一代集成电路生产工艺之一，有利于大规模的工业生产应用。热纳米压印技术中，纳米压印模板需要具备能够多次重复使用并且表面易于清洁的特点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种合适的方法制备可多次使用的纳米压印模板，并利用该模板进行纳米压印制备大面积图案化蓝宝石衬底的方法，用于提高LED发光效率。

本发明采用的技术方案为：

一种大面积图案化蓝宝石衬底的制备方法，具体步骤如下：

(1)制备纳米压印用的金属Ni模板：a)在(100)硅片上用EBL制备纳米孔阵硅模板A；b)利用电子束蒸镀设备在硅模板A上沉积10nm厚的金属Ni；c)将步骤b)制备的硅模板A在Ni的电镀液中电镀金属Ni层至所需厚度，然后将电镀的金属Ni层与硅模板A分离，得到金属Ni点阵模板B，其周期与硅模板A相同，但是其结构与硅模板A相反；

(2)利用(1)中制备的金属Ni模板进行热压印以及电子束蒸镀、举离工艺：a)在蓝宝石衬底上旋涂特定厚度的热压印胶，利用(1)中得到的金属Ni点阵模板B进行热压印；金属Ni模板表面易于清洁，可以在热压印中多次使用；b)利用热压印得到的热压胶结构，在O₂等离子体中刻蚀至蓝宝石衬底露出；c)利用电子束蒸镀在刻蚀完的蓝宝石衬底表面沉积一层金属，再举离得到表面具有金属点阵掩膜结构的蓝宝石衬底；

(3)利用(2)中得到的金属点阵掩膜层进行蓝宝石衬底的刻蚀：将(2)中得到的蓝宝石衬底在ICP中用Cl₂和BCl₃进行刻蚀，将残余金属点阵掩膜层洗去，得到纳米图案化的蓝宝石衬底。

使用本发明方法制备纳米图案化蓝宝石衬底具有以下有益效果：（1）纳米压印方法制备图案化衬底具有高产率、低成本、高分辨率的优点，适合大规模工业生产；（2）Ni模板表面能低，易于清洁，强度高，可以多次重复在热压印中使用；（3）利用金属掩膜进行刻蚀蓝宝石衬底方向性好、刻蚀选择比高。

附图说明

图1为本发明图案化蓝宝石衬底制备流程图，其中，1-硅衬底；2-电子束光刻胶；3-金属镍；4-蓝宝石衬底；5-热压胶；6-图案化蓝宝石衬底。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明。

实施例1

(1)制备400nm周期金属Ni点阵结构

a)在处理过的(100)硅片旋涂一层200nm左右厚度的PMMA，之后利用EBL曝光显影得到400nm周期的纳米孔阵PMMA结构，利用PMMA为刻蚀掩膜，将结构转移至硅衬底上，得到硅模板A；

b)利用电子束蒸镀设备在硅模板A上沉积10nm金属Ni，在Ni电镀液中电镀金属Ni层至150微米厚，将电镀Ni层与模板A分离，得到金属Ni点阵模板B，其周期与硅模板A相同，但是其结构与硅模板A相反；电镀液主要成分为:硫酸镍、氯化钠、硼酸；电镀时间为6h；

(2)利用(1)中制备的Ni点阵模板B进行热纳米压印

a)在蓝宝石衬底表面旋涂200nm厚度的PMMA热压胶；转速3000r/m，时间1min；

b)用金属Ni模板B压印旋涂好压印胶的蓝宝石衬底，压力为0.6MPa，压印时间为5min；

c)将蓝宝石衬底与金属Ni模板B分离，得到具有400nm孔阵PMMA结构的蓝宝石衬底C；

(3)利用(2)中压印得到的蓝宝石衬底C制备图案化蓝宝石衬底