[发明专利]一种制备变径纳米结构的方法

说明书

一种制备变径纳米结构的方法，包括以下步骤：(1)对衬底进行表面清洁处理；(2)使用灵敏度不同的抗蚀剂对所述衬底进行旋涂以形成至少为2层的抗蚀剂层，其中，相邻层的抗蚀剂层所采用的抗蚀剂的灵敏度不同；(3)对步骤(2)中具有抗蚀剂层的衬底进行图形曝光、显影和定影以形成具有图形结构的抗蚀剂层；(4)对步骤(3)中形成的具有图形结构的抗蚀剂层进行薄膜沉积，然后去除抗蚀剂层。本发明的方法制备的变径三维纳米结构可以包含任意能够曝光出的图案、尺寸，可以是实心，也可以是空心的，也可以是由原子层沉积可以实现的多种材料来构成。本发明制备的变径三维纳米结构可以用在超材料表面、超透镜、光电器件和传感器等领域。

技术领域

本发明属于材料领域。具体地，本发明涉及一种制备变径纳米结构的方法。

背景技术

由于三维纳米结构具有独特的三维结构，进而能够呈现出很多奇特的光学和电学特性，其已在表面等离激元、场发射、太阳能电池、生物医学检测、微流控器件、自清洁表面、光电子器件和光学传感器件等领域有了许多应用。常规的三维纳米结构的制作通常都需要电子束光刻(EBL)、激光直写、双光子光刻、聚焦离子束(FIB)、等离子刻蚀等设备，但是只能制备出上下尺寸一致的常规三维结构。对于上下变径的三维纳米结构，目前仍是难以制作的，通常需要复杂的套刻工艺，所以一般都存在对准精度差，多次复杂工艺造成制作困难等问题。特别的，对于上部尺寸大，下部尺寸小，并且尺寸要求精细的复合三维结构，目前更是非常难以实现的。然而这种上下变径的复合三维纳米结构，由于多了一个可控制的高度维度，从而增加了额外的操控自由度，可以用来调节和控制三维结构的形貌结构和性能参数，从而可以提高其在各领域的应用。

目前急需一种可以随意控制和调节三维结构在径向的尺寸和形状结构，并且只需要一次曝光工艺，不用套刻的简化的制备方法。

发明内容

基于以上现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种制备变径纳米结构的方法，其只需一次曝光，无需套刻。相比与传统方法，采用本发明的方法可以用更经济、更简单的方式制备出形状、尺寸可以任意调控的，上下异形的变径三维纳米结构。

本发明的上述目的是通过如下技术方案实现的。

本发明提供一种制备变径纳米结构的方法，包括以下步骤：

(1)对衬底进行表面清洁处理；

(2)使用灵敏度不同的抗蚀剂对所述衬底进行旋涂以形成至少为2层的抗蚀剂层，其中，相邻层的抗蚀剂层所采用的抗蚀剂的灵敏度不同；

(3)对步骤(2)中具有抗蚀剂层的衬底进行图形曝光、显影和定影以形成具有图形结构的抗蚀剂层；

(4)对步骤(3)中形成的具有图形结构的抗蚀剂层进行薄膜沉积，然后去除抗蚀剂层。

优选地，在本发明所述的方法中，所述衬底为硅片、石英、蓝宝石、砷化镓和聚酰亚胺薄膜中的一种或几种。

优选地，在本发明所述的方法中，所述步骤(1)中的清洁处理是通过包括如下步骤的方法进行的：依次使用丙酮、乙醇、去离子水分别进行超声波清洗，然后用氮气枪吹干。

优选地，在本发明所述的方法中，所述步骤(4)中的薄膜沉积的沉积材料为氧化钛、氧化铝、氧化锌和氧化铪中的一种或几种。

优选地，在本发明所述的方法中，所述步骤(2)中的抗蚀剂为电子束抗蚀剂。

优选地，在本发明所述的方法中，所述电子束抗蚀剂选自PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)或MAA(甲基丙烯酸)。

优选地，在本发明所述的方法中，所述步骤(2)中的抗蚀剂层的单层厚度为50-900nm。

优选地，在本发明所述的方法中，所述步骤(3)中的显影采用的显影液为MIBK(甲基异丁基甲酮):IPA(异丙醇)＝1:3的显影液，以体积计。