[发明专利]一种基于离子注入技术的微纳颗粒二维图形化吸附工艺

说明书

本发明公开了一种基于离子注入技术的微纳颗粒二维图形化吸附工艺，通过在材料表面覆盖掩膜，注入不同种类的金属离子，并调节合适的吸附组装环境，将材料浸入胶体颗粒溶液中静置，经过提拉平放于桌面自然干燥后，在静电作用下实现不同种类的微/纳米颗粒的正/反图形化吸附。此外，基于对图形化形成过程的规律探索，通过改变胶体颗粒溶液的张力参数，实现了不同尺度从均匀图案到点阵的图形化工作。本发明依靠离子束对材料固有的表面电位的调控，实现灵活自由的图形化吸附，过程简单易行，并且掩膜可重复循环利用，适合材料表面大面积图形化微纳加工。

技术领域

本发明属于图形化技术领域，涉及一种新的材料表面图形化技术手段，具体涉及一种基于离子注入技术的微纳颗粒二维图形化吸附工艺。

技术背景

新型微观结构的成功构造如微观图案化的表面对于现代科技的发展有着重要的意义且备受关注。随着材料科学的发展,现代材料的性能不再单纯依赖于材料本身的固有性质，通过可控的方法构筑得到的表面微米或纳米尺度有序结构往往带来令人兴奋的崭新现象和功能。各种现代材料的可控微观有序结构化已经成为其器件化和功能高级化的必要前提。

微纳器件广泛地被应用于电子学，光学，计算机科学等领域，有重要的市场价值和国防价值。广义地讲，微纳器件制造领域的图形化就是在材料表面形成图案的过程和技术，从北宋的活字印刷术，到今天的芯片加工，都属于图形化工艺，对于人类社会的进步有重要意义。狭义地来说，微纳器件制造领域的图形化技术，是指在基材表面形成规则的，并具有一定功能的表面结构的技术。微纳器件通常是指尺度从微米量级至纳米量级的，由线(一维)、薄膜或层(二维)和颗粒点阵(零维)构筑的新型器件。因此，微纳器件的获得需要能控制微纳组成单元选择性组装的能力。

传统的微纳器件制造领域的图形化技术包括光刻模板法，聚焦离子束-化学腐蚀法，激光/等离子体刻蚀法，纳米压印法等。然而，刻蚀技术工艺复杂、成本高昂；聚焦离子束成本高，难以大规模生产应用；纳米压印技术的模板制作昂贵费时；微纳模板工艺难于大规模拓展。离子注入技术因与现有的半导体工艺相兼容，它不但可以帮助实现材料表面的选择性，也可以协助实现材料表面的有序组装，是一种具有巨大发展潜力的材料表面的图形化方法。

虽然离子注入工艺广泛地用于半导体掺杂，改善材料表面耐蚀性和硬度，但是离子注入通常会引起材料表面多个物理量的变化，如化学电位、表面电势、表面能等，并且现阶段对离子注入工艺引起材料表面的物理化学性质变化缺乏统一的认识。因此本发明基于离子注入表面zeta电位的变化，提供了一种既简单又稳定，且可大面积加工的微纳颗粒的图形化吸附工艺，为科学研究和工艺设计提供了一种新的方法。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种基于离子注入技术的微纳颗粒二维图形化吸附工艺，作为一种新的灵活的图形化手段，由于具有方法简单、可重复性强的特点，使其在电子学、光学、电池微结构加工和新型计算机等领域中具有广阔的应用前景。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于离子注入技术的微纳颗粒二维图形化吸附工艺，通过在材料表面覆盖掩膜，注入不同种类的离子，并调节材料表面的zeta电位，在合适的吸附组装环境中，胶体溶液中的不同种类微/纳米颗粒在材料表面实现正/反图形化吸附，所述吸附工艺具体包括如下：

步骤一：在盖有掩膜的目标材料表面注入适当剂量、能量且不同种类离子；

步骤二：室温条件下通过升降台浸渍提拉的方法，将步骤一选择性注入的材料浸没在待吸附的胶体颗粒溶液中垂直静置0.5～60min，之后匀速提拉、平放，经过液相蒸发过程，胶体颗粒最终在材料表面形成本发明公开的微纳颗粒二维吸附图形。

通过采用上述技术方案，本发明的有益效果如下：