[发明专利]纳米针阵列及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种纳米针阵列的制备方法，包括如下步骤：

在基底表面上形成用于刻蚀纳米针阵列的待刻蚀基材膜层；

在所述待刻蚀基材膜层的背离所述基底表面形成用于刻蚀纳米针阵列图案的掩膜层；

从所述掩膜层至所述基底的方向，对形成有所述掩膜层的所述待刻蚀基材膜层表面进行第一刻蚀处理，形成纳米柱阵列；

对所述纳米柱阵列中的纳米柱的顶端进行第二刻蚀处理，在所述纳米柱顶端形成尖端结构，形成纳米针阵列；

其中，所述第二刻蚀处理采用法拉第笼等离子体刻蚀处理；

在所述第二刻蚀处理的步骤之后，还包括对纳米针阵列进行第三刻蚀处理的步骤，以对所述纳米针的深宽比进行调整处理；

所述纳米针阵列所含的纳米针包括纳米针本体，在所述纳米针本体的针头部为尖端结构，所述尖端结构的直径为2 nm-200 nm，所述纳米针本体的针身部的直径250-1000 nm，所述纳米针本体的长度2-20 μm。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述法拉第笼等离子体刻蚀处理包括如下步骤：

将所述纳米柱针阵列置于法拉第笼中后，启动等离子体对所述纳米柱顶端进行刻蚀处理；其中，对所述纳米柱顶端进行所述刻蚀处理的条件为：通入O₂/Cl₂作为反应气体，O₂流量为30-60 sccm，Cl₂流量为2-10 sccm，反应气体的流量为32-70 sccm，工作压强为5-20mTorr，ICP电源功率为500-800 W，施加在基片台上射频功率为50-300 W，刻蚀时间为1-10min。

3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于：所述法拉第笼的底部直径为20-200 mm，倾斜角为10-50º。

4.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于：在所述待刻蚀基材膜层表面形成所述掩膜层的方法包括如下步骤：

将形成有所述待刻蚀基材膜层的所述基底置于刻蚀机的金属基底托上，启动对所述待刻蚀基材膜层表面进行等离子体刻蚀，形成所述掩膜层；其中，所述金属基底托的处于刻蚀腔室内的表面上开设有凹槽，且所述凹槽开口端的横截面面积大于底部的横截面积，所述凹槽的侧壁为斜面；所述基底置于所述凹槽的底部表面上，且所述待刻蚀基材膜层背离所述凹槽的底部表面。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：由所述基底至所述凹槽底部表面方向，还依次层叠有偏压电极层和绝缘层，所述偏压电极层与设置在所述金属基底托外的偏压射频电源连接，且所述偏压电极层和待刻蚀基材膜层以及所述基底均通过所述绝缘层与所述金属基底托绝缘。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述偏压电极层的面积小于或等于所述待刻蚀基材膜层的面积并被所述待刻蚀基材膜层遮挡，所述绝缘层的面积大于或等于所述待刻蚀基材膜层的面积以将所述待刻蚀基材膜层绝缘于所述金属基底托的凹槽内表面。

7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：用以形成所述掩膜层的所述等离子体刻蚀的工艺条件为：

通入O₂/Ar作为反应气体，O₂流量为10-80 sccm，Ar流量为10-80 sccm，反应气体的流量为20-100 sccm，工作压强为2-20 mTorr，ICP电源的射频频率为2 MHz，电源功率为500-2000 W，所述金属基底托和所述偏压电极层的偏压射频频率为13.65 MHz，施加在所述偏压电极层上的射频功率为50-300 W，施加在所述金属基底托上的射频功率为50-600 W，刻蚀时间为10-200 min。

8.根据权利要求1-2任一项所述的制备方法，其特征在于：在所述待刻蚀基材膜层表面形成所述掩膜层的方法包括如下步骤：

在所述待刻蚀基材膜层的待刻蚀表面形成电子束抗蚀剂层，待所述电子束抗蚀剂层干燥后，对所述电子束抗蚀剂层依次进行曝光、显影、定影处理和除去所述电子束抗蚀剂层中未被曝光处理的区域，形成具有纳米柱针阵列图案的所述掩膜层。