[发明专利]一种具有极小孔径的阶梯孔阵列的加工方法

摘要

本发明公开了一种具有极小孔径的阶梯孔阵列的加工方法，根据所需要成形的阶梯孔阵列，选用由二氧化硅(SiO2)包裹贵金属所形成的核‑壳(Core‑Shell)纳米小球作为加工刀具，分别通过核‑壳纳米球中外层的二氧化硅层厚度和内部的贵金属粒子粒径来控制阶梯孔的间距和孔径大小，在刻蚀溶液中工件被加工出高密度微孔阵列，并进一步通过多步法选用不同尺寸的贵金属粒子，从而加工出所需的孔径逐级减小的阶梯孔阵列。工艺简单，所需要的单分散性较好的核壳纳米球、二氧化硅纳米球等原材料成熟，可以控制其直径在5nm以下，为加工孔径小于5nm的微孔阵列提供支持。

主权项

一种阶梯孔阵列的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、根据N级微孔的孔径大小要求，N＝1、2、…、M，M为目标级数，配制二氧化硅层包裹贵金属粒子的N级核‑壳纳米球悬浮液，并将所述N级核‑壳纳米球悬浮液旋涂于待加工的工件的表面，所述工件为半导体材料，所述N级核‑壳纳米球悬浮液中的N级核‑壳纳米球通过自组装在所述工件的表面形成单层有序的致密排列，得到预加工的工件，所述N级核‑壳纳米球的贵金属粒子具有与N级微孔的孔径大小相等的直径；步骤二、将步骤一中的所述预加工的工件放入刻蚀液中进行刻蚀，N级核‑壳纳米球的二氧化硅层最先被刻蚀去除，从而N级核‑壳纳米球的贵金属粒子在重力、范德华力和静电吸附力的作用下自然吸附到所述预加工的工件的表面，在所述预加工的工件上产生具有一定间距并且有序排列的贵金属纳米粒子点格；然后，在所述贵金属粒子的催化作用下，所述工件中与所述贵金属粒子接触的区域被刻蚀，从而在所述工件上刻蚀出呈阵列分布并且孔径与贵金属粒子的直径大小相等的N级微孔，得到N级加工的工件；步骤三、将步骤二中的所述N级加工的工件取出，并用清洗去除其表面的贵金属粒子，再干燥；步骤四、选用直径大小与一级微孔的孔径大小相等的二氧化硅纳米球，按照步骤一在经步骤三干燥后的N级加工的工件表面通过自组装形成单层有序的二氧化硅纳米球致密排列，从而将所述工件的所有一级微孔填满；然后，对所述工件进行刻蚀，直至每个所述一级微孔均只有一颗所述二氧化硅纳米球被刻蚀去除后，将所述工件清洗并干燥；步骤五、根据N+1级微孔的孔径大小要求，N+1级微孔的孔径小于N级微孔的孔径，选用直径与N级核‑壳纳米球的直径相等、但其贵金属粒子的直径与N+1级微孔的孔径相等的N+1级核‑壳纳米球,按照步骤一在步骤四干燥后的工件表面通过自组装形成单层有序的N+1级核‑壳纳米球致密排列；步骤六、反复循环所述步骤二至所述步骤五，直至工件形成M级微孔，即在工件上获得阶梯孔阵列。