[发明专利]一种内嵌式纳米森林结构及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米技术领域，尤其涉及一种内嵌式纳米森林结构及其制备方法。

背景技术

大面积的纳米结构，因具有大表体比、大粗糙度、大表面积、尖端、多孔隙/缝隙等结构特点，而呈现出超亲/疏水、表面等离子体振荡增强、场发射、滤光、吸光等特性，因而常常适用于自清洁表面、微流控器件、表面增强拉曼散射器件、表面等离子体红外吸收器件、生物医学检测器件如DNA分子分离器件或功能器件、光电子器件、光学传感器件、太阳能电池等新能源器件，以及一些其他应用。近年来，大面积的纳米结构成为研究的热点。而大面积纳米结构因其形貌呈森林状，亦称为纳米森林结构。

目前，纳米结构的制备主要采用电子束光刻(Electron-BeamLithography)、聚焦离子束(FocusedIonBeam，FIB)刻蚀、飞秒激光辅助刻蚀、自催化VLS化学合成生长技术、电化学湿法腐蚀技术和纳米小球蚀刻等技术来制备纳米结构，这些技术由于成本高昂和/或工艺复杂等问题，难以实现大规模的商业化生产。同时，采用这些制备方法得到的纳米森林结构大多至少部分位于衬底表面之上，呈现为凸起状，如图1所示。在一些特定应用环境下，这些凸起状的纳米森林结构在应用过程中存在一些问题，例如：对于DNA分子分离器件，需要将该纳米森林结构与微流道结构相键合以获得DNA分子分离器件，由于该纳米森林结构为凸起状，需要与一个具有和该纳米森林结构尺寸相互匹配的微流道结构进行精确对准键合，否则无法确保微流道内纳米森林结构与微流道一侧壁间隙A、微流道另一侧壁间隙B和上表面间隙C为纳米量级，继而导致DNA分子从上述间隙位置流过，无法获得DNA分子的有效分离结果，如图2所示。然而，制备一个具有和该纳米森林结构尺寸相互匹配的微流道，并进行精确对准键合，且要保证结合和/或键合过程中不发生相对位移非常困难。

此外，在实际应用中，常常需要图形化的纳米森林结构，现有技术在形成图形化纳米森林结构的过程中，由于形成图形化纳米掩模结构时容易在图形化区域之外残留纳米材料，如图3所示，导致通过刻蚀形成的纳米森林结构之外区域表面不平整，如图4所示，上述不平整在特定的应用场景下会影响图形化纳米森林结构的应用，例如，不平整的表面不利于进行键合，也不利于获取用于器件性能标定的比对信号。

发明内容

本发明提供一种内嵌式纳米森林结构及其制备方法，以解决现有技术不易形成具有和已制备纳米森林结构尺寸相互匹配的微流道结构并进行精确对准键合的问题。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种内嵌式纳米森林结构的制备方法，包括：

提供衬底；

在所述衬底之上形成具有开口的刻蚀阻挡层；

在所述衬底表面之上形成纳米掩模结构；

进行各向异性刻蚀，在所述衬底的开口处形成内嵌式纳米森林结构；

去除所述纳米掩模结构及所述刻蚀阻挡层。

优选地，所述开口暴露/不暴露所述衬底，当所述开口不暴露所述衬底时，所述开口底部与衬底表面之间的剩余刻蚀阻挡层厚度为50-100nm。

优选地，所述在所述衬底表面之上形成纳米掩模结构包括：

在所述衬底表面之上形成聚合物层，所述聚合物层的材料包括以下任意一种：正性光刻胶、负性光刻胶、聚酰亚胺、聚二甲基硅氧烷或聚对二甲苯及其叠层；

采用等离子体对所述聚合物层进行轰击，以形成纳米掩模结构。

优选地，通过调整所述聚合物层的材料种类、厚度、粘度特性和/或等离子体轰击工艺条件，获取形状为独立的、两两相连的和/或半连接的直立柱状的纳米掩模结构，并以该纳米掩模结构为掩模获得纳米森林结构，所述纳米森林结构的纳米结构形状包括以下任意一种：锥状、台状、柱状及其平面组合。

优选地，所述纳米掩模结构为图形化的纳米掩模结构。

优选地，所述聚合物层为图形化的光敏聚酰亚胺层，形成所述图形化的光敏聚酰亚胺层包括：

在所述衬底表面之上形成光敏聚酰亚胺层；

采用光刻工艺形成图形化的光敏聚酰亚胺层。

优选地，所述方法还包括：

在所述衬底表面之上形成纳米掩模结构之前，沉积厚度为50-100nm的硬掩模层；

在所述衬底表面之上形成纳米掩模结构之后进行刻蚀，在所述硬掩模层中形成纳米硬掩模结构，以该纳米硬掩模结构作为掩模或以该纳米硬掩模结构和所述纳米掩模结构共同作为掩模。

一种内嵌式纳米森林结构，包括：

衬底；