一種在微器件表面區(qū)域性生長(zhǎng)氧化鋅納米線陣列的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種在微器件表面區(qū)域性生長(zhǎng)氧化鋅納米線陣列的方法，屬于微/納米跨尺度加工領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]在微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)加工工藝中，經(jīng)常需要將功能性納米材料區(qū)域性地集成在微器件上，從而構(gòu)成具有納米材料功能化修飾的微器件。在各類(lèi)功能性納米材料中，氧化鋅由于其具有的良好穩(wěn)定性、高電子迀移率以及豐富的納米形貌等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)被廣泛地用于構(gòu)建納米發(fā)電機(jī)、太陽(yáng)能電池以及生化傳感器等領(lǐng)域。
[0003]目前，形成具有區(qū)域性生長(zhǎng)氧化鋅納米線陣列的方法大多是使用具有區(qū)域性的金屬為催化劑，基于氣液固(vapor-liquid-solid，VLS)反應(yīng)機(jī)理而制得(Nano letters,2004，4，423-426)ο該方法屬于化學(xué)氣相沉積法，需要使用近1000°C的高溫，而高溫可能會(huì)損毀器件中的微結(jié)構(gòu)(如金屬導(dǎo)線等)。使用該類(lèi)化學(xué)氣相沉積制備區(qū)域性氧化鋅納米線陣列的方法與MEMS等微器件加工工藝不兼容。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是為了解決上述區(qū)域性生長(zhǎng)氧化鋅納米線陣列的方法中，溫度高可能會(huì)損毀器件中的微結(jié)構(gòu)(如金屬導(dǎo)線等)，同時(shí)制備區(qū)域性氧化鋅納米線陣列的方法與MEMS等微器件加工工藝不兼容等技術(shù)問(wèn)題而提供一種在微器件表面區(qū)域性生長(zhǎng)氧化鋅納米線陣列的方法。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案
一種在微器件表面區(qū)域性生長(zhǎng)氧化鋅納米線陣列的方法，即首先是在微器件表面沉積一層聚對(duì)二甲苯類(lèi)衍生物薄膜，所述的聚對(duì)二甲苯類(lèi)衍生物薄膜為聚對(duì)二甲苯薄膜、聚一氯對(duì)二甲苯薄膜或聚二氯對(duì)二甲苯薄膜；
然后再利用氧等離子體使用光刻工藝對(duì)聚對(duì)二甲苯類(lèi)衍生物薄膜進(jìn)行刻蝕，在微器件表面被氧等離子體刻蝕掉的聚對(duì)二甲苯類(lèi)衍生物薄膜區(qū)和被保留的聚對(duì)二甲苯類(lèi)衍生物薄膜區(qū)在微器件表面形成圖形區(qū)域；
最后使用水熱法將氧化鋅納米線陣列原位生長(zhǎng)于微器件表面被氧等離子體刻蝕掉的聚對(duì)二甲苯類(lèi)衍生物薄膜區(qū)，從而得到表面區(qū)域性生長(zhǎng)氧化鋅納米線陣列的微器件。
[0006]上述一種在微器件表面區(qū)域性生長(zhǎng)圖案化氧化鋅納米線陣列的方法，具體包括如下步驟:
(1)、使用功率為18W、氧氣流量為40-80ml/min，等離子體機(jī)腔體真空度為10Pa的等離子體對(duì)微器件進(jìn)行清洗l_2min ;
(2)、使用型號(hào)roS2010的氣相沉積設(shè)備在清洗后的微器件表面制備一層厚度為1-2 μπι的聚對(duì)二甲苯類(lèi)衍生物薄膜；
(3)、在微器件的聚對(duì)二甲苯類(lèi)衍生物薄膜的表面旋涂一層厚度為1-3μπι的正性光刻膠，然后控制溫度為100-120°C進(jìn)行烘干l_2min，然后將微器件置于光刻版下，在功率為300-400W的紫外光照射1-1Os后取出，然后將微器件放入正膠顯影液中進(jìn)行顯影，顯影后區(qū)域性地去除部分光刻膠，暴露出部分聚對(duì)二甲苯類(lèi)衍生物薄膜；
所述的正膠顯影液為質(zhì)量百分比濃度為2.38±0.01%的四甲基氫氧化銨水溶液；
(4)、將顯影處理后的微器件放入等離子機(jī)中，控制氧氣流量為40-80ml/min，調(diào)節(jié)等離子體機(jī)的腔體真空度為l_5Pa，使用400-800W的氧等離子體對(duì)放入的微器件進(jìn)行刻蝕處理2-5min，使暴露出的部分聚對(duì)二甲苯類(lèi)衍生物薄膜被氧等離子體刻蝕掉，使被正性光刻膠覆蓋的聚對(duì)二甲苯類(lèi)衍生物薄膜得以保留；
上述在微器件表面被氧等離子體刻蝕掉的聚對(duì)二甲苯類(lèi)衍生物薄膜區(qū)和被保留的聚對(duì)二甲苯類(lèi)衍生物薄膜區(qū)在微器件表面形成圖形區(qū)域；
(5)、使用型號(hào)為BAKERPRS-3000?的去膠液去除微器件表面被保留的聚對(duì)二甲苯類(lèi)衍生物薄膜區(qū)的正性光刻膠，即露出圖形區(qū)域；
(6)、將質(zhì)量百分比濃度為0.5-2%氧化鋅量子點(diǎn)的甲醇溶液涂覆于微器件表面被氧等離子體刻蝕掉的聚對(duì)二甲苯類(lèi)衍生物薄膜區(qū)，靜置讓其自然干燥；
所述的氧化鋅量子點(diǎn)的甲醇溶液中氧化鋅量子點(diǎn)，其直徑為2-10微米；
(7)、將微器件放入烘箱中控制溫度為70-100°C進(jìn)一步干燥10-40min，從而將氧化鋅量子點(diǎn)固定于微器件表面被氧等離子體刻蝕掉的聚對(duì)二甲苯類(lèi)衍生物薄膜區(qū)；
(8)、水熱法生長(zhǎng)氧化鋅納米線陣列
將微器件浸沒(méi)于氧化鋅的前驅(qū)體水溶液中，密封，控制溫度為80-95°C，恒溫生長(zhǎng)0.5-6h ；
所述的氧化鋅的前驅(qū)體水溶液，按每升計(jì)算，含4.6g硝酸鋅、2.2g六亞甲基四胺、2.Sg聚醚酰亞胺，余量為水；
(9)、取出微器件，用丙酮浸泡5min，以去除微器件表面被保留的聚對(duì)二甲苯類(lèi)衍生物薄膜區(qū)的聚對(duì)二甲苯類(lèi)衍生物薄膜，然后用去離子水清洗干凈，即在微器件表面上得到區(qū)域性生長(zhǎng)的氧化鋅納米線陣列。
[0007]本發(fā)明的有益效果
本發(fā)明所述的一種在微器件表面上區(qū)域性生長(zhǎng)氧化鋅納米線陣列的方法，采用可以圖案化的聚對(duì)二甲苯(商品名為Parylene)薄膜為模板，使用水熱法將氧化鋅納米線陣列區(qū)域性地圖案化生長(zhǎng)于微器件表面。與傳統(tǒng)的化學(xué)氣相沉積技術(shù)相比，本發(fā)明方法在低于100°C的生長(zhǎng)溫度下將氧化鋅納米線陣列區(qū)域性的生長(zhǎng)于微器件表面。且可以保證在氧化鋅納米線的生長(zhǎng)過(guò)程中，微器件上原有的電極等元件不致?lián)p害，即本方法與微器件的制造具有兼容性。
【附圖說(shuō)明】
[0008]圖1、在微器件表面上區(qū)域性生長(zhǎng)圖案化氧化鋅納米線陣列的圖形化步驟示意圖；
圖2、實(shí)施例1所得的區(qū)域性生長(zhǎng)圖案化氧化鋅納米線陣列微器件的掃描電鏡顯微圖； 圖3、實(shí)施例2所得的區(qū)域性生長(zhǎng)圖案化氧化鋅納米線陣列微器件的掃描電鏡顯微圖。
【具體實(shí)施方式】
[0009]下面通過(guò)具體實(shí)施例并結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步闡述，但并不限制本發(fā)明。
[0010]一種在微器件表面上區(qū)域性生長(zhǎng)氧化鋅納米線陣列的方法，其過(guò)程示意圖如圖1所示，具體包括:(I)清洗微器件，即圖中的基底；(2 )在清洗后的微器件即基底上生長(zhǎng)聚對(duì)二甲苯衍生物薄膜；(3)在聚對(duì)二甲苯衍生物薄膜上旋涂光刻膠；(4)在光刻膠的表面顯影后區(qū)域去除部分光刻膠，暴露出部分聚對(duì)二甲苯衍生物薄膜，即未被光刻膠保護(hù)的聚對(duì)二甲苯衍生物薄膜；(5)刻蝕去除未被光刻膠保護(hù)的聚對(duì)二甲苯衍生物薄膜；(6)去除剩余的光刻膠，形成聚對(duì)二甲苯衍生物薄膜圖形區(qū)域；(7)在被刻蝕掉的聚對(duì)二甲苯衍生物薄膜區(qū)域生長(zhǎng)氧化鋅納米線陣列；(8)去除未被刻蝕掉的聚對(duì)二甲苯衍生物薄膜，得到區(qū)域性生長(zhǎng)的氧化鋅納米線陣列。
[0011]實(shí)施例1
氧化鋅是一種典型的半導(dǎo)體材料，在微型叉指電極表面形成區(qū)域性的氧化鋅納米線陣列，可用于制造半導(dǎo)體式氣體傳感器。本實(shí)施例以微型叉指電極為典型微器件，闡述一種在微型叉指電極表面上區(qū)域性生長(zhǎng)氧化鋅納米線陣列的方法，具體包括如下步驟:
(1)、使用功率為18W、氧氣流量為40ml/min，等離子體機(jī)腔體真空度為10Pa的等離子體對(duì)微器件進(jìn)行清洗Imin ;
所述的微器件為微型叉指電極；
(2)、使用型號(hào)H)S2010的氣相沉積設(shè)備在清洗后的微器件表面制備一層厚度為Iym的聚對(duì)二甲苯類(lèi)衍生物薄膜；
所述的聚對(duì)二甲苯類(lèi)衍生物薄膜為聚一氯對(duì)二甲苯薄膜；
(3)、在微器件的聚對(duì)二甲苯類(lèi)衍生物薄膜的表面旋涂一層厚度為Iym的正性光刻膠，然后控制溫度為110°C進(jìn)行烘干lmin，然后將微器件置于光刻版下，在功率為350W的紫外光照射1s后取出，然后將微器件放入正膠顯影液中進(jìn)行顯影，顯影后區(qū)域性地去除部分光刻膠，暴露出部分聚對(duì)二甲苯類(lèi)衍生物薄膜；
所述的正膠顯影液為質(zhì)量百分比濃度為2.38±0.01%的四甲基氫氧化銨水溶液；
(4)、將顯影處理后的微器件放入等離子機(jī)中，控制氧氣流量為40ml/min，調(diào)節(jié)等離子體機(jī)的腔體真空度為3Pa，使用500W的氧等離子體對(duì)放入的微器件進(jìn)行刻蝕處理3min，使暴露出的部分聚對(duì)二甲苯類(lèi)衍生物薄膜被氧等離子體刻蝕掉，使被正性光刻膠覆蓋的聚對(duì)二甲苯類(lèi)衍生物薄膜得以保留；
上述在微器件表面被氧等離子體刻蝕掉的聚對(duì)二甲苯類(lèi)衍生物薄膜區(qū)和被保留的聚對(duì)二甲苯類(lèi)衍生物薄膜區(qū)在微器件表面形成圖形區(qū)域；
(5)、使用型號(hào)為BAKERPRS-3000?的去膠液去除微器件表面被保留的聚對(duì)二甲苯類(lèi)衍生物薄膜區(qū)的正性光刻膠，即露出圖形區(qū)域；
(6)、將質(zhì)量百分比濃度為1%氧化鋅量子點(diǎn)的甲醇溶液涂覆于微器件表面被氧等離子體刻蝕掉的聚對(duì)二甲苯類(lèi)衍生物薄膜區(qū)，靜置讓其自然干燥；
所述的氧化鋅量子點(diǎn)的甲醇溶液中氧化鋅量子點(diǎn)，其直徑為5微米；
(7)、將微器件放入烘箱中控制溫度為80°C進(jìn)一步干燥30min，從而將氧化鋅量子點(diǎn)固定于微器件表面被氧等離子體刻蝕掉的聚對(duì)二甲苯類(lèi)衍生物薄膜區(qū)；
(8)、水熱法生長(zhǎng)氧化鋅納米線陣列將微器件浸沒(méi)于氧化鋅的前驅(qū)體水溶液中，密封，控制溫度為90°C，恒溫生長(zhǎng)4h ;
所述的氧化鋅的前驅(qū)體水溶液，按每升計(jì)算，含4.6g硝酸鋅、2.2g六亞甲基四胺、2.Sg聚醚酰亞胺，余量為水；
(9)、取出微器件，用丙酮浸泡5min，以去除微器件表面被保留的聚對(duì)二甲苯類(lèi)衍生物薄膜區(qū)的聚對(duì)二甲苯類(lèi)衍生物薄膜，然后用去離子水清洗干凈，即在微器件表面上得到區(qū)域性生長(zhǎng)的氧化鋅納米線陣列。
[0012]采用日立S4800型掃描電子顯微鏡對(duì)上述所得的區(qū)域性生長(zhǎng)