碗狀金屬納米結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種碗狀金屬納米結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002] 金、銀等金屬光柵在很多領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用，比如納米光學(xué)、生化傳感器、超高 分辨成像的精密光學(xué)儀器、表面等離子學(xué)和表面等離子激元光刻等。
[0003] 現(xiàn)有金屬光柵多是通過剝離（Lift-off)工藝或電化學(xué)或干法刻蝕等方法制備的， 然而，這些方法或因為引入化學(xué)試劑導(dǎo)致金屬光柵的結(jié)構(gòu)及性質(zhì)不理想，或很難實現(xiàn)特定 形貌及非常小的納米結(jié)構(gòu)，或容易引起金、銀等金屬發(fā)生物理性質(zhì)不穩(wěn)定。因此，利用上述 方法制備具有一定微結(jié)構(gòu)的金、銀等金屬光柵具有很大的挑戰(zhàn)性。
[0004] 碗狀金屬納米結(jié)構(gòu)是一種特殊形貌的金屬納米結(jié)構(gòu)，該金屬納米結(jié)構(gòu)具有廣闊的 應(yīng)用領(lǐng)域，如基于表面等離子激元的單分子檢測、生化傳感器、折射率傳感器、亞波長光束 整形及納米聚焦（nanofocusing)等。
[0005] Li et al. (Small 2012，8，No. 16，2548-2554)報道 了一種球-碗 (particle-in-bowl)結(jié)構(gòu)陣列，該球-碗（particle-in-bowl)結(jié)構(gòu)陣列的制備方法包括 以下步驟：第一步，通過自組裝的方法沉積一單層的polystyrene (PS)球密集排列；第 二步，用氧氣進行反應(yīng)離子刻蝕，使每一 PS球的直徑變小；第三步，在每一 PS球表面沉積 一層氧化鋅，并退火去除PS球；第四步，在氧化鋅表面沉積金層；第五步，用鹽酸溶液去 除氧化鋅層，同時改變金層的形狀，形成碗狀金層；第六步，沉積一層氧化鋁在碗狀金層表 面；第七步，沉積一銀層在氧化鋁層表面；第八步，真空退火，使銀層變成球狀，形成球-碗 (particle-in-bowl)結(jié)構(gòu)陣列。
[0006] 然而，所述球-碗（particle-in-bowl)結(jié)構(gòu)中銀球通過一氧化錯層位于碗狀金層 的底部中心，所述銀球與金層不是一體成型，影響了所述球-碗（particle-in-bowl)結(jié)構(gòu) 的應(yīng)用范圍，且其結(jié)構(gòu)參數(shù)不易控制，精密度差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 有鑒于此，確有必要提供一種結(jié)構(gòu)參數(shù)可控的碗狀金屬納米結(jié)構(gòu)，該碗狀金屬納 米結(jié)構(gòu)具有一體成型的凸塊結(jié)構(gòu)。
[0008] -種碗狀金屬納米結(jié)構(gòu)，包括一基底以及位于該基底表面的凸塊結(jié)構(gòu)，該凸塊結(jié) 構(gòu)的頂面具有一碗狀凹陷部，在該碗狀凹陷部的底部中心進一步包括一凸起結(jié)構(gòu)，所述碗 狀凹陷部與所述凸起結(jié)構(gòu)一體成型。
[0009] -種碗狀金屬納米結(jié)構(gòu)陣列，包括多個凸塊結(jié)構(gòu)，所述多個凸塊結(jié)構(gòu)共用一基底， 該凸塊結(jié)構(gòu)的頂面具有一碗狀凹陷部，在該碗狀凹陷部的底部中心進一步包括一凸起結(jié) 構(gòu)，所述碗狀凹陷部與所述凸起結(jié)構(gòu)一體成型。
[0010] 一種碗狀金屬納米結(jié)構(gòu)陣列，包括一基底以及一金屬層設(shè)置在該基底表面，該金 屬層遠(yuǎn)離基底的表面具有多個凸塊結(jié)構(gòu)，每個凸塊結(jié)構(gòu)的頂面具有一碗狀凹陷部，在該碗 狀凹陷部的底部中心進一步包括一凸起結(jié)構(gòu)，所述碗狀凹陷部與所述凸起結(jié)構(gòu)一體成型。 [0011] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所提供的碗狀金屬納米結(jié)構(gòu)陣列具有多個一體成型的凸 塊結(jié)構(gòu)，每個凸塊結(jié)構(gòu)的頂面具有一碗狀凹陷部，在該碗狀凹陷部的底部中心進一步包括 一凸起結(jié)構(gòu)，所述碗狀凹陷部與所述凸起結(jié)構(gòu)一體成型，并且由同種金屬材料組成，結(jié)構(gòu)參 數(shù)可控。另外，所述碗狀金屬納米結(jié)構(gòu)的制備方法簡單，易于實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。
【附圖說明】
[0012] 圖1為本發(fā)明提供的制備碗狀金屬納米結(jié)構(gòu)陣列的工藝流程圖。
[0013] 圖2為圖1中裂紋形成時的立體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014] 圖3為圖1中刻蝕過程的工藝流程圖。
[0015] 圖4為本發(fā)明提供的碗狀金屬納米結(jié)構(gòu)陣列的立體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016] 圖5為圖4的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017] 圖6為本發(fā)明提供的碗狀金屬納米結(jié)構(gòu)陣列的掃描電鏡照片。
[0018] 圖7為本發(fā)明提供的另一碗狀金屬納米結(jié)構(gòu)陣列的立體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019] 圖8為圖7的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020] 圖9為本發(fā)明提供的應(yīng)用一碗狀金屬納米結(jié)構(gòu)陣列的檢測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021] 主要元件符號說明
【主權(quán)項】
1. 一種碗狀金屬納米結(jié)構(gòu)，包括一基底以及位于該基底表面的凸塊結(jié)構(gòu)，該凸塊結(jié)構(gòu) 的頂面具有一碗狀凹陷部，在該碗狀凹陷部的底部中心進一步包括一凸起結(jié)構(gòu)，其特征在 于，所述碗狀凹陷部與所述凸起結(jié)構(gòu)一體成型。
2. 如權(quán)利要求1所述的碗狀金屬納米結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述凸起結(jié)構(gòu)與所述碗狀凹 陷部由同種金屬材料組成。
3. 如權(quán)利要求2所述的碗狀金屬納米結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述金屬材料為金、銀、鉬、 鈀、鈦、銅或鋁。
4. 如權(quán)利要求1所述的碗狀金屬納米結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述凸起結(jié)構(gòu)的形狀為球形。
5. 如權(quán)利要求4所述的碗狀金屬納米結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述球形的直徑為2納米飛O 納米。
6. 如權(quán)利要求1所述的碗狀金屬納米結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述碗狀凹陷部包括一內(nèi)表 面，所述凸起結(jié)構(gòu)位于該內(nèi)表面的中心，并通過該內(nèi)表面與所述碗狀凹陷部一體成型。
7. 如權(quán)利要求1所述的碗狀金屬納米結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述碗狀凹陷部的深度為20 納米~200納米，高度為40納米~300納米，寬度為100納米~850納米。
8. 如權(quán)利要求1所述的碗狀金屬納米結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述碗狀凹陷部具有一碗口， 該碗口的直徑為40納米飛00納米。
9. 一種碗狀金屬納米結(jié)構(gòu)陣列，包括多個凸塊結(jié)構(gòu)，所述多個凸塊結(jié)構(gòu)共用一基底，該 凸塊結(jié)構(gòu)的頂面具有一碗狀凹陷部，在該碗狀凹陷部的底部中心進一步包括一凸起結(jié)構(gòu)， 其特征在于，所述碗狀凹陷部與所述凸起結(jié)構(gòu)一體成型。
10. 如權(quán)利要求9所述的碗狀金屬納米結(jié)構(gòu)陣列，其特征在于，所述凸塊結(jié)構(gòu)的周期為 200納米微米。
11. 如權(quán)利要求9所述的碗狀金屬納米結(jié)構(gòu)陣列，其特征在于，相鄰?fù)箟K結(jié)構(gòu)之間的間 隙為100納米~150納米。
12. -種碗狀金屬納米結(jié)構(gòu)陣列，包括一基底以及一金屬層設(shè)置在該基底表面，該金屬 層遠(yuǎn)離基底的表面具有多個凸塊結(jié)構(gòu)，每個凸塊結(jié)構(gòu)的頂面具有一碗狀凹陷部，在該碗狀 凹陷部的底部中心進一步包括一凸起結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述碗狀凹陷部與所述凸起結(jié)構(gòu) 一體成型。
13. 如權(quán)利要求12所述的碗狀金屬納米結(jié)構(gòu)陣列，其特征在于，所述金屬層為一連續(xù) 結(jié)構(gòu)，該金屬層具有相對的頂面和底面，該金屬層的底面與所述基底接觸設(shè)置，該金屬層的 頂面設(shè)置有多個凸塊結(jié)構(gòu)。
14. 如權(quán)利要求12所述的碗狀金屬納米結(jié)構(gòu)陣列，其特征在于，相鄰兩個凸塊結(jié)構(gòu)之 間的金屬層的厚度為5納米~80納米。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種碗狀金屬納米結(jié)構(gòu)，包括一基底以及位于該基底表面的凸塊結(jié)構(gòu)，該凸塊結(jié)構(gòu)的頂面具有一碗狀凹陷部，在該碗狀凹陷部的底部中心進一步包括一凸起結(jié)構(gòu)，所述碗狀凹陷部與所述凸起結(jié)構(gòu)一體成型。本發(fā)明還涉及一種所述碗狀金屬納米結(jié)構(gòu)陣列及其制備方法，以及一種利用該碗狀金屬納米結(jié)構(gòu)的檢測系統(tǒng)。
【IPC分類】G01N21-25, G02B5-02
【公開號】CN104808269
【申請?zhí)枴緾N201410031573
【發(fā)明人】朱振東, 李群慶, 白本鋒, 范守善
【申請人】清華大學(xué), 鴻富錦精密工業(yè)（深圳）有限公司
【公開日】2015年7月29日
【申請日】2014年1月23日
【公告號】US20150206720