[发明专利]具有内嵌金属环的纳米孔阵列结构的制备方法

说明书

本发明属于微纳加工技术领域，具体涉及一种具有内嵌金属环的纳米孔阵列结构的制备方法。该制备方法包括在基底表面依次旋涂高分子层和紫外固化胶层，通过紫外压印、刻蚀、蒸镀、举离得到具有纳米孔阵列结构金属层的衬底，然后对基底进行刻蚀得到具有纳米孔阵列结构的基底，在基底表面、孔底及孔侧壁上镀上金属，刻蚀基底表面及孔底部平面上的金属层，得到内嵌金属环的纳米孔阵列结构。该制备方法通过控制模板结构、刻蚀和镀膜工艺参数对金属环的结构、尺寸、分布进行调整，从而调控金属纳米环阵列产生的局域表面等离激元效应，与具有纳米孔阵列结构的衬底带来的陷光效应协同作用，在光电器件、光催化等领域能够进一步提高光的转化效率。

技术领域

本发明属于微纳加工技术领域，具体涉及一种具有内嵌金属环的纳米孔阵列结构的制备方法。

背景技术

近年来，金属纳米结构由于其独特的光学性质受到了广泛的研究与关注。当金属纳米结构被外界光场辐照时，会产生局域表面等离激元共振效应，形成局域电磁场增强的现象。这种性质也使得金属纳米结构可以作为一种具备陷光效应的材料，应用在光电器件中增强光电转化效率。此外，金属纳米结构可以通过产生高能的“热电子”将光能直接转化为电能，例如通过金属纳米结构与半导体之间形成肖特基结，使得热电子能够转移并得到有效利用。这种性质使得金属纳米结构在光电器件及光催化领域具有非常好的应用前景。

金属纳米结构的局域表面等离激元共振效应与结构的形状、尺寸关系密切，通过控制纳米结构的形状、尺寸能够更有效地调控基于金属纳米结构的器件的性能。不同形状的金属纳米结构包括金属纳米颗粒、金属纳米线、金属纳米棒和金属纳米环等；在各种形状中，金属纳米环状结构显示了其独特的光学性能，如可方便实现从可见到红外光谱区域的等离子共振波长的调谐、对红外波段的局域场增强特性等，在光电器件等方向具有重要的应用前景。

现有技术中，中国专利文献CN103011068A中公开了一种金属纳米环的溶液法制备方法，具体为在基底涂覆一层有机薄膜，然后刻蚀出高宽比为0.1-0.4的有机纳米孔结构，金属纳米颗粒的溶液旋涂于含有有机纳米孔结构的薄膜上，在450-800℃的马弗炉或管式炉内加热20min，在此过程中金属纳米颗粒熔融并发生融合，冷却后得到金属的纳米环结构；但是该方法在制备金属纳米环的过程中对温度要求苛刻，纳米环的形状、尺寸、分布可控性较差，且纳米环结构分辨率不高。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的纳米环形状、尺寸、分布不可控等缺陷，从而提供一种具有内嵌金属环的纳米孔阵列结构及其制备方法。

为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：

本发明提供了一种具有内嵌金属环的纳米孔阵列结构的制备方法，包括以下步骤，

紫外压印：在基底表面依次旋涂高分子层和紫外固化胶层，通过紫外压印技术制备得到纳米柱阵列结构；

高分子刻蚀：对紫外固化胶层的残余层进行刻蚀，以紫外胶柱阵结构作为掩模，通过刻蚀技术刻蚀高分子层；

举离：通过电子束蒸镀技术蒸镀金属层，将蒸镀金属层后的基底置于溶剂中进行超声处理，得到具有纳米孔阵列结构金属层的基底；

基底刻蚀：以具有纳米孔阵列结构金属层作为掩模，采用刻蚀技术刻蚀基底，刻蚀结束后洗去金属层，得到具有纳米孔阵列结构的基底；

镀膜：在具有纳米孔阵列结构的基底表面、孔底和孔侧壁上镀金属层，通过垂直方向的离子束刻蚀技术刻蚀基底表面及孔底平面上的金属层，得到内嵌金属环的纳米孔阵列结构。

所述高分子刻蚀和基底刻蚀步骤中，所述刻蚀技术为反应离子刻蚀技术。

所述基底为硅片，ITO玻璃，FTO玻璃，石英片等。

所述紫外压印步骤中纳米柱阵列结构的参数，周期100nm-1μm，纳米柱直径为50-500nm。