[发明专利]一种大面积纳米缝隙阵列及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及微纳加工领域，特别涉及大面积纳米缝隙阵列结构的制作方法。

背景技术

纳米尺度的缝隙结构在光学、纳米电子器件、生物医学检测等领域有广泛的应用。由于金属纳米缝隙的电磁耦合，极大的增强了结构表面的电场，也可以用来增强荧光和拉曼散射。因此，发展一种可以精确并且大面积制作纳米缝隙结构的新技术是迫切需要的。

纳米科技研究的技术路线可以分为“自上而下”和“自下而上”两种加工方式。目前，常用的制作纳米缝隙的主要方法有电子束光刻、离子束光刻、纳米压印、极紫外光刻、激光光刻。其中电子束光刻和离子束光刻微电子制造工艺方法具有制造精度高的特点，可以制造出分辨率在十纳米左右的纳米缝隙结构。但是其缺点与优点一样的显著，即它们不但成本高昂、工艺复杂，而且无法进行大面积的制作，这极大的限制了纳米缝隙的制备效率。纳米压印也是常用的微纳加工的方法，但是纳米压印的模板制作比较困难。极紫外光刻技术制造速度快，分辨率高，但是需要较高的极紫外射线光源。激光光刻系统具有性能稳定、造价便宜、使用方便等优点，但是分辨率比较低。这些方法是自上而下的可以制作纳米缝隙的加工方式。

在这里我们提出了一种新型的自下而上的可以制作纳米缝隙的加工方式，相比传统的从大到小的加工模式，我们提出的大面积纳米缝隙的加工技术是自下而上的将分子、原子搭建出纳米缝隙阵列结构。这样就可以根据人们的设计和组装来构筑纳米结构。当然，这种大面积纳米缝隙的加工技术的要求就是要做到各参数之间的匹配，这是加工过程要注意的问题。

发明内容

本发明的目的在于，针对上述存在的问题，提出新型的纳米加工技术制作大面积纳米缝隙阵列结构； 实现上述目的，本发明采用的技术方案是角度沉积结合基底旋转技术。

其中准备沉积掩模的步骤为，制作光栅作为沉积掩模版，调节光栅的振幅、周期以及光栅占空比；角度沉积的步骤为，放置光栅作为沉积掩模与镀膜材料，通过控制台倾斜光栅一定的角度，真空室进行抽真空，控制光栅基片旋转，沉积镀膜。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：采用了一种大面积纳米缝隙阵列加工技术，制作了一种大面积纳米缝隙阵列结构。其工艺成本非常适合商用化并且具有非常广泛的适用性；特别的，在生物、化学、医学、环境检测等方面都具有特别的意义，并且运用该结构，实验已经检测出极低浓度(10^-15M)情况下的分子，除此以外，还有其它的应用前景。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，当参考随附的附图进行阅读时，能进一步理解说明以及下列详细的描述。为了示例可能性实施方案的目的，在附图中一种示例性方案，然而，可能的实施方案并不限于公开的具体方法、组合物以及装置。此外，不必要按比例绘制附图。

图1描述了角度沉积结合基底旋转的过程，以光栅为沉积掩模沉积，光栅振幅为H以及周期D，占空比为A/D，通过旋转台1使光栅倾斜一定的角度θ，在旋转过程中由于光栅线条4的遮蔽区域不断变化，导致原光栅波谷的各处沉积速率不断变化，在原光栅波谷处就沉积出了新光栅线条7，这样在沉积出的新光栅线条7与原光栅线条4之间就产生了纳米缝隙6，从而制作出周期性的大面积纳米缝隙阵列结构。

图2是以光栅为掩模垂直沉积情况下的过程，这样就是图1中的旋转台1没有倾斜的情况，光栅线条4无法起到遮蔽作用，在光栅线条近似矩形的情况下，只在光栅线条顶部和底部波谷处有沉积金属层5。

图3是以光栅为掩模在参数耦合的情况下旋转沉积的过程，所谓参数耦合是指基底的旋转速度、光栅振幅H、占空比A/D、沉积角度θ以及沉积速率之间的相互匹配。在参数耦合的情况下，光栅线条4不断的调节光栅波谷处的沉积速率，在光栅波谷处沉积出的新光栅线条7即是由于波谷处沉积速率不一致所产生的，即新光栅线条7的位置处的沉积速率明显多于原光栅线条4两侧的沉积速率，这样就使得沉积出的新光栅线条7与原光栅线条4之间产生了纳米缝隙6。

图4是以光栅为掩模在非参数耦合的情况下旋转沉积的过程，所谓非参数耦合是指基底的旋转速度、光栅振幅H、占空比A/D、沉积角度θ以及沉积速率之间并不相互匹配。在非参数耦合的情况下，光栅线条4不断的调节光栅波谷处的沉积速率，在光栅线条4两侧的沉积速率大于波谷中间位置处的沉积速率，无法在波谷处形成新的线条。

图5是纳米光栅的原子力显微镜扫描图，该纳米光栅的周期600nm，光栅占空比为40%，光栅振幅即光栅线条4的高度H为150nm。