金屬-二氧化硅多層薄膜空心納米結構陣列及其制備方法技術

本發明專利技術公開了一種金屬-二氧化硅多層薄膜空心納米結構陣列及其制備方法。該金屬-二氧化硅多層薄膜空心納米結構陣列包括一玻璃基底，玻璃基底表面由下至上依次設有二氧化硅薄膜空心納米結構陣列和一層以上的金屬薄膜納米結構陣列。制備方法包括制備單層有序聚苯乙烯納米球致密排列、制備單層有序聚苯乙烯納米顆粒非致密排列、制備金屬納米孔陣列掩模、制備納米結構陣列模版、制備二氧化硅薄膜空心納米結構陣列和金屬-二氧化硅多層薄膜空心納米結構陣列等工藝步驟。本發明專利技術的納米結構陣列具有大面積、高密度、加工性好等優點，制備方法成本低廉、效率高、兼容性好，為研究納米結構陣列的光學性質、磁性能、催化特性等提供了便利。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于納米結構制造
，具體涉及一種。
技術介紹
表面等離子體共振是金屬納米結構所具有的一種特殊光學性能，可以使得金屬納米結構具有特殊的介電性質，其表面等離子體激元可以在遠小于入射光的亞波長尺度上有較強的電磁場增強效應，原理上使得光場在納米尺度上空間可控，在表面增強拉曼散射、等離子體亞波長光刻、太陽能電池等方面極具應用前景。對周期性金屬納米結構制備技術進行研究，可以對納米元的構型、尺寸、材質和矩陣參數進行可控地調節，有利于深入研究金屬納米結構表面電荷移動和能量轉移的途徑和機理，為探索制備具有特定表面等離子體光子學特性的金屬納米結構體系提供幫助。而金屬-二氧化硅薄膜空心納米結構陣列的可控制備將是這個領域的關鍵技術之一。目前，納米結構陣列通常通過“自上而下”或“自下而上”工藝來制備。這些制備工藝大多成本較高，制造效率較低，且受限于加工方式的影響，難以實現金屬-二氧化硅薄膜空心納米結構陣列的可控制備。對金屬納米結構陣列及其制造技術的研究和改進而言，研究如何實現金屬-二氧化硅薄膜空心納米結構陣列的可控制備，具有重大的理論和現實意義，這同時也是本領域技術人員面臨的一個巨大挑戰。
技術實現思路
本專利技術要解決的技術問題是克服現有技術的不足，提供一種大面積、高密度、加工性好的金屬-二氧化硅多層薄膜空心納米結構陣列，還提供一種通用性強、適應性廣、兼容性好、效率高、成本低、且能夠為周期性金屬空心納米結構的研究提供便利的金屬-二氧化硅多層薄膜空心納米結構陣列的制備方法。為解決上述技術問題，本專利技術提出的技術方案為一種金屬-二氧化硅多層薄膜空心納米結構陣列，所述金屬-二氧化硅多層薄膜空心納米結構陣列包括一玻璃基底，所述玻璃基底表面由下至上依次設有二氧化硅薄膜空心納米結構陣列和一層以上的金屬薄膜納米結構陣列。上述的金屬-二氧化硅多層薄膜空心納米結構陣列中，優選的，所述二氧化硅薄膜空心納米結構陣列的相鄰陣列單元之間間距為IOOnm?lOOOnm，二氧化硅薄膜的厚度為IOnm?200nm ;所述金屬薄膜納米結構陣列的相鄰陣列單元之間間距為IOOnm?IOOOnm,每層金屬薄膜的厚度為5nm?500nm。上述的金屬-二氧化硅多層薄膜空心納米結構陣列中，優選的，所述金屬-二氧化硅多層薄膜空心納米結構陣列為二維周期性排列的六方陣列結構；所述金屬-二氧化硅多層薄膜空心納米結構陣列的陣列單元結構為金字塔結構、屋脊結構、八面體結構、帽結構、圓柱體結構或圓錐體結構。作為一個總的技術構思，本專利技術還提供了一種金屬-二氧化硅多層薄膜空心納米結構陣列的制備方法，包括以下步驟: (1)制備單層有序聚苯乙烯納米球致密排列:先配制聚苯乙烯納米球懸浮液體系，將所述聚苯乙烯納米球懸浮液體系旋涂于一硅片表面，在硅片表面形成單層有序聚苯乙烯納米球致密排列； (2)制備單層有序聚苯乙烯納米顆粒非致密排列:采用等離子體刻蝕法將形成所述致密排列的聚苯乙烯納米球刻小，在硅片表面得到單層有序聚苯乙烯納米顆粒非致密排列； (3)制備金屬納米孔陣列掩模:在覆有單層有序聚苯乙烯納米顆粒非致密排列的硅片上沉積金屬膜，金屬膜沉積厚度小于所述聚苯乙烯納米顆粒粒徑的1/2，然后用膠帶去除所述聚苯乙烯納米顆粒，在硅片表面得到金屬納米孔陣列掩模； (4)制備納米結構陣列模版:以所述金屬納米孔陣列掩模作為刻蝕掩模，利用硅片的腐蝕特性對硅片進行腐蝕，然后去除所述金屬納米孔陣列掩模，得到納米結構陣列模版； (5)制備二氧化硅薄膜空心納米結構陣列:將所述納米結構陣列模版的表面氧化形成一層二氧化硅薄膜層，然后將氧化后的納米結構陣列模版與玻璃陽極鍵合在一起，濕法腐蝕去除硅片基底，得到以玻璃為基底的二氧化硅薄膜空心納米結構陣列； (6)制備金屬-二氧化硅多層薄膜空心納米結構陣列:在所述以玻璃為基底的二氧化硅薄膜空心納米結構陣列表面沉積一層以上的金屬薄膜，得到金屬-二氧化硅多層薄膜空心納米結構陣列。上述的制備方法中，優選的，所述步驟(3)中，所述金屬膜所用金屬為金、銀、銅、鋁或鉻，所述金屬膜的沉積方法為真空蒸鍍法或磁控濺射法。[0011 ] 上述的制備方法中，優選的，所述硅片為(100 )晶向、(110 )晶向或(111)晶向的單晶硅片或多晶硅片；所述步驟(4)中的納米結構陣列模版為納米金字塔陣列模版、納米屋脊陣列模版、納米八面體陣列模版、納米帽陣列模版、納米圓柱體陣列模版或納米圓錐體陣列模版； 所述步驟(4)中，利用硅片的腐蝕特性對硅片進行腐蝕具體是指:所述納米金字塔陣列模版、納米屋脊陣列模版、納米八面體陣列模版是利用各向異性濕法腐蝕工藝分別對(100)晶向硅片、(110)晶向硅片、(111)晶向硅片進行腐蝕后制備得到；所述納米帽陣列模版是利用各向同性濕法腐蝕工藝對任意晶向硅片進行腐蝕后制備得到；所述納米圓柱體陣列模版或者納米圓錐體陣列模版是利用等離子體干法刻蝕工藝對任意晶向硅片進行刻蝕后制備得到。上述的制備方法中，優選的，所述步驟(6)中，所述金屬薄膜所用金屬為金、銀、銅、鋁、鉻或其他過渡金屬，所述金屬薄膜的淀積方法為真空蒸鍍法或磁控濺射法。本專利技術的制備方法將成熟的硅片濕法腐蝕工藝、干法刻蝕工藝和新興的納米球光刻技術相結合，巧妙地利用不同晶向硅片的腐蝕特性，制造出不同形貌特征的納米結構陣列模版，再氧化鍵合腐蝕、沉積金屬膜層后即可制備得到多種形貌特征、金屬-二氧化硅多層薄膜空心納米結構陣列。該金屬-二氧化硅多層薄膜空心納米結構陣列是由玻璃基底表面緊密覆蓋有金屬-二氧化硅多層薄膜空心納米結構陣列而成。與現有技術相比，本專利技術的優點在于: 首先，針對金屬納米材料制造的特點，結合現有技術中“自上而下”和“自下而上”兩種工藝的優勢，本專利技術研發出面向金屬-二氧化硅多層薄膜的新型二維納米結構陣列批量化制備方法，并通過該方法制備得到大面積、高密度、多形貌特征的金屬-二氧化硅多層薄膜空心納米結構陣列，為研究與金屬薄膜納米結構形貌、尺寸、陣列排布相關的光學性質、磁性能、催化特性、熱動力學性質、電子輸運等特性提供了便利，在信息存儲、平板顯示器、量子點激光器、生化傳感器等方面都有著廣闊的應用前景。其次，本專利技術優化后的技術方案利用硅片和玻璃之間的鍵合工藝，成功實現了具有納米空腔的金屬薄膜納米結構陣列的制作，具有較大的內部空間及厚度在納米尺度范圍內的殼層薄膜，具有獨特的傳輸性能，可以為研究金屬薄膜空心納米結構的氣敏特性和應用提供便利。再次，本專利技術的技術方案可用于制作金、銀、銅及其他過渡金屬等不同材質的二維有序多層薄膜納米結構陣列，可以形成具有特定層數的金屬薄膜納米結構陣列，為研究與納米結構殼層數相關的多層薄膜納米結構陣列氣敏特性提供便利。最后，本專利技術采用的主要工藝(包括旋涂工藝、干法刻蝕工藝、金屬淀積工藝、硅刻蝕工藝、陽極鍵合工藝等)均為成熟的微機電系統(MEMS)工藝，單分散性較好的聚苯乙烯納米球可以自制，也可以直接外購，因此本專利技術的技術方案具有通用性強、適應性廣、兼容性好、操作方便、效率高、成本低等特點，可以充分利用現有的設備和資源，對從納米尺度效應向納米器件的轉化也具有重要意義?！靖綀D說明】圖1為本專利技術實施例1中覆有單層有序聚苯乙烯納米球致密排列的硅片局部結構示意圖。圖2為本專利技術本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種金屬?二氧化硅多層薄膜空心納米結構陣列，其特征在于：所述金屬?二氧化硅多層薄膜空心納米結構陣列包括一玻璃基底，所述玻璃基底表面由下至上依次設有二氧化硅薄膜空心納米結構陣列和一層以上的金屬薄膜納米結構陣列。

【技術特征摘要】
1.一種金屬-二氧化硅多層薄膜空心納米結構陣列，其特征在于:所述金屬-二氧化硅多層薄膜空心納米結構陣列包括一玻璃基底，所述玻璃基底表面由下至上依次設有二氧化硅薄膜空心納米結構陣列和一層以上的金屬薄膜納米結構陣列。2.根據權利要求1所述的金屬-二氧化硅多層薄膜空心納米結構陣列，其特征在于:所述二氧化娃薄膜空心納米結構陣列的相鄰陣列單元之間間距為IOOnm~1000nm, 二氧化硅薄膜的厚度為IOnm~200nm ;所述金屬薄膜納米結構陣列的相鄰陣列單元之間間距為IOOnm~1000nm,每層金屬薄膜的厚度為5nm~500nm。3.根據權利要求1或2所述的金屬-二氧化硅多層薄膜空心納米結構陣列，其特征在于:所述金屬-二氧化硅多層薄膜空心納米結構陣列為二維周期性排列的六方陣列結構；所述金屬-二氧化硅多層薄膜空心納米結構陣列的陣列單元結構為金字塔結構、屋脊結構、八面體結構、帽結構、圓柱體結構或圓錐體結構。4.一種如權利要求1~3任一項所述的金屬-二氧化娃多層薄膜空心納米結構陣列的制備方法，包括以下步驟: (1)制備單層有序聚苯乙烯納米球致密排列:先配制聚苯乙烯納米球懸浮液體系，將所述聚苯乙烯納米球懸浮液體系旋涂于一硅片表面，在硅片表面形成單層有序聚苯乙烯納米球致密排列； (2)制備單層有序聚苯乙烯納米顆粒非致密排列:采用等離子體刻蝕法將形成所述致密排列的聚苯乙烯納米球刻小，在硅片表面得到單層有序聚苯乙烯納米顆粒非致密排列； (3)制備金屬納米孔陣列掩模:在覆有單層有序聚苯乙烯納米顆粒非致密排列的硅片上沉積金屬膜，金屬膜沉積厚度小于所述聚苯乙烯納米顆粒粒徑的1/2，然后用膠帶去除所述聚苯乙烯納米顆粒，在硅片表面得到金屬納米孔陣列掩模； (4)制備納米結構陣列模版:以所述金屬納米孔陣列掩...

【專利技術屬性】
技術研發人員：董培濤，吳學忠，邸荻，陳劍，王浩旭，王朝光，王俊峰，
申請(專利權)人：中國人民解放軍國防科學技術大學，
類型：發明
國別省市：