[发明专利]一种薄膜电极及其液相自攀爬制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种薄膜电极及其液相自攀爬制备方法与应用，所述制备方法包括以下步骤：（1）制备超亲水表面与超疏水层；（2）制备亲/疏水阵列图形；（3）制备薄膜电极。将纳米导电颗粒分散在不互溶的水油界面上，使得其在表面张力的作用下，沿着所述带有亲/疏水阵列图形的衬底的亲水性区域爬升并均匀吸附成膜，生成图形电极。本发明所提供的图形电极制备工艺流程简单高效，避免了对光刻机及其附属设备，以及传统高能耗薄膜电极沉积设备的依赖，极大地降低了器件制备成本，尤其适用于多功能半导体和微纳传感器件的制作。

技术领域

本发明属于电子技术领域，涉及一种薄膜电极及其液相自攀爬制备方法与应用。

背景技术

在半导体和微纳电子器件中，电极往往需要特定的结构，即电极是具有一定图案的图形电极。图形电极的制备一般包括图形转移和电极制备两个环节。

在图形转移的方法中，传统工艺主要采用光刻技术。光刻技术是指在光照作用下，借助光致抗蚀剂（又名光刻胶）将掩膜版上的图形转移到衬底上的技术。其主要过程为：首先，将紫外光（或者电子束、X射线、微离子束、激光等）通过掩膜版辐照到涂布有一层光刻胶薄膜的衬底表面，引起曝光区域的光刻胶发生化学反应；再通过显影液溶解去除曝光区域或未曝光区域的光刻胶（前者称正性光刻胶，后者称负性光刻胶），使掩膜版上的图形被复制到光刻胶薄膜上。光刻技术需要昂贵的设备，特征尺寸越小，投资越大，且工艺制程复杂，所需环境苛刻，需要在洁净环境下进行。

近年来，纳米压印技术也获得了广泛应用。与光刻技术不同的是，纳米压印中图案的形成采用机械转移的方法。该方法中，首先采用电子束刻蚀等手段，在硅或其他衬底上加工出所需要的结构作为模板，然后将模板与涂布有热塑胶、光固化胶等柔性高分子物质的衬底贴合，施加压力，使模板上的图案挤压入衬底，之后通过热、紫外光辐照等手段，使图形固化，之后冷却脱模。移开模板后，用刻蚀液将上一步未完全去除的光刻胶刻蚀掉，露出待加工材料表面，然后使用刻蚀的方法进行加工，完成后移除掩膜，完成图案转移。

按工艺流程的不同，常用的图形电极制备工艺主要包括抬离工艺和刻蚀工艺。

抬离工艺中，将图案转移到衬底上后，采用电子束蒸镀、蒸镀、磁控溅射等薄膜沉积技术，在带有掩膜图案的衬底上沉积电极薄膜，最后利用光刻胶在有机溶剂中的溶解性将其剥离，留下电极图案，完成图形电极制作。

与抬离工艺不同的是，刻蚀工艺首先在洁净衬底上沉积电极薄膜，之后通过光刻技术形成光刻胶掩膜图案，然后采用湿法或干法刻蚀技术选择性腐蚀未被掩膜遮盖部分，最后去掉光刻胶，完成图形电极制作。

无论采用抬离或刻蚀方法制备图形电极，电极薄膜的沉积均需使用真空设备，并采用高能耗的工艺过程蒸发或溅射生长源，使其沉积到目标衬底上。因此，这些工艺制程对高精度设备的依赖较高，造成其工艺复杂，成本高。

鉴于上述问题，本发明提供一种简单高效的低成本薄膜图形电极制备技术，避免了对高成本设备的依赖，尤其适用于多功能半导体和微纳传感器件的制作。

发明内容

为了克服现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种薄膜电极及其液相自攀爬制备方法与应用，弥补了传统半导体制程设备投资昂贵、工艺复杂的缺陷。本发明的图案转移通过调控衬底表面的亲/疏水性实现，薄膜电极通过液相自攀爬法生长。

本发明的目的是通过以下技术方案之一实现的。

本发明提供了一种薄膜电极的液相自攀爬制备方法，包括以下步骤：

（1）制备超亲水表面与超疏水层：

取衬底，并清洗衬底表面有机物和杂质，对衬底进行羟基化处理，在衬底表面引入羟基，形成超亲水表面；然后生长疏水单分子层，羟基为生长疏水单分子层提供成键位点，疏水单分子层与所述羟基中的氧原子结合，形成超疏水层；

（2）制备亲/疏水阵列图形：