[发明专利]高度有序的小尺寸硅基纳米坑阵列的制备方法

摘要

本发明属于纳米结构制备技术领域，具体为一种高度有序的小尺寸硅基纳米坑阵列的制备方法。本发明利用大直径聚苯乙烯纳米球，在Si衬底上自组装生成单层纳米球膜作为掩模，经过反应离子刻蚀，直流溅射金薄膜和选择性腐蚀等多次工艺后，最终得到二维六角点阵排列的小尺寸倒金字塔状纳米坑阵列。其纳米坑阵列的周期由最初选择的聚苯乙烯纳米球的直径决定。这种有序纳米坑阵列有望广泛应用于可控量子结构的生长、光子晶体制造、量子逻辑运算和磁性介质存储等领域。

主权项

高度有序的小尺寸硅基纳米坑阵列的制备方法，其特征在于具体步骤为：（1）将经过清洗的硅衬底平放于培养皿底部，把经过清洗的载玻片以一定的倾斜角度放置于培养皿中，载玻片的下侧对着硅衬底；在培养皿中注入去离子水；（2）利用自组装技术，在硅衬底表面覆盖单层聚苯乙烯纳米球，其方法如下：将甲醇溶液与直径为400‑800nm的聚苯乙烯纳米球乳胶悬浮液按照体积比1:1的比例均匀混合，其中，所述聚苯乙烯纳米球乳胶悬浮液中纳米球微粒密度为1.05g/cm3，乳胶悬浮液中微粒重量浓度为10% ；然后用注射器将4‑6微升的聚苯乙烯纳米球甲醇混合溶液滴在载玻片上，让此溶液缓慢流入水中；4‑6分钟后，用注射器将去离子水缓慢抽出；此时，在硅衬底上即得到二维六角点阵排列的单层聚苯乙烯纳米球薄膜；（3）将表面覆盖有聚苯乙烯纳米球的样品进行反应离子刻蚀处理以减小纳米球的尺寸，其方法如下：利用反应离子刻蚀技术，在氧气气氛中进行刻蚀，刻蚀时的氧气压为9‑10Pa，氧气流速为20‑40sccm，使用功率为 25‑35W；刻蚀后，使聚苯乙烯纳米结构呈类锥状；（4）在刻蚀后的聚苯乙烯纳米球样品表面上淀积上一层金膜，其方法如下：用直流溅射技术，在样品表面溅射上一层金膜；直流溅射的工作电压为900V‑1000V，溅射电流为35‑45mA，工作气体为氩气，溅射时的氩气压保持在10‑3‑‑200～10‑3+200Torr，溅射时间为1‑2分钟；溅射后淀积于样品表面的金膜厚度为1‑3nm；（5）去除上一步骤制备的样品表面上的聚苯乙烯纳米球，其方法如下：将样品放入有机溶剂四氢呋喃溶液中，并作超声处理，超声时间15‑25分钟，使聚苯乙烯薄膜溶解在有机溶剂中，然后，将样品置于乙醇中超声处理2‑‑4分钟；最后用去离子水冲洗，甩干；经此处理后样品表面的聚苯乙烯纳米球及这些纳米球上的金膜均被去除，覆盖于样品表面的金膜呈网状结构；（6）对上一步骤制备的样品进行选择腐蚀，其方法如下：将样品置于重量浓度为15‑25%的KOH溶液中，利用样品表面的网状金膜作为掩模，在25‑35℃温度下，超声处理2‑5分钟，蚀去网孔内的硅，得到倒金字塔形状的纳米坑； （7）去除上一步骤制备的样品表面的金膜，其方法如下：将样品放在配比为KI:I2:H2O=（8—12）g:（2—3）g:100ml腐蚀液内超声处理25‑35分钟，超声处理后继续浸泡9‑11小时，样品取出后，用去离子水冲洗，即得到具有按二维六角点阵排列的小尺寸纳米坑阵列。