一種利用模板輔助的有序大面積單層微/納米球及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種利用模板輔助的有序大面積單層微/納米球及其制備方法，屬于半導體材料制備技術領域。本發(fā)明在基片上制作出有一定尺寸的結構，并將此作為模板；將單層微球沉積到模板上，當液體蒸發(fā)后，得到利用模板輔助的有序大面積單層微/納米球結構。本發(fā)明得到的有序大面積單層微/納米球缺陷較少、走向有序性高、幾乎無多層現(xiàn)象，從掃描電鏡圖進行直觀觀測，可以看出其良好的有序性。
【專利說明】
一種利用模板輔助的有序大面積單層微/納米球及其制備方法
技術領域
[0001]本發(fā)明屬于半導體材料制備技術領域，具體涉及一種利用模板輔助的有序大面積單層微/納米球及其制備方法。
【背景技術】
[0002]納米結構是指尺寸介于分子和微米尺度之間的一維、二維、三維納米物體所構成的結構。長程有序的納米結構由于在光波段有很好的光譜響應，因此在光通信器件、光傳感器件、表面拉曼增強技術等諸多領域有重要的應用價值。
[0003]長程有序納米結構的制備方法主要有傳統(tǒng)半導體加工技術(電子束直寫、聚焦離子束刻蝕等)、納米壓印、納米球自組裝等。其中納米球自組裝方法制備二維單層長程有序納米球結構具有過程簡潔明了、設備價格低、場地環(huán)境要求不高等諸多優(yōu)勢。
[0004]納米球自組裝方法主要是通過各種輔助手段將直徑在數(shù)十到數(shù)百納米(也可以到數(shù)微米以上)根據(jù)需要聚集在一起，以形成二維密排或三維堆疊的有序納米結構。二維微/納米結構在新型光電子器件中有很多應用，利用自組裝法制備單層有序納米球結構具有重要的應用價值。盡管該方法有諸多優(yōu)點，但是其制備得到的單層納米球結構總是不可避免地存在走向多變、多層頻現(xiàn)、晶格缺陷等問題，嚴重地影響了其長程有序性，由此導致光譜響應不穩(wěn)定、批次重復性差等問題，進而限制了其在實際應用中的表現(xiàn)。所以，用簡單的方法制備出較大范圍的、有序性好、重復性好的二維單層納米球結構具有重要的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了克服現(xiàn)有技術的缺點與不足，本發(fā)明的目的在于提供一種利用模板輔助的有序大面積單層微/納米球的制備方法。該制備方法利用模板排列微/納米球，制備出缺陷較少，有序性高的單層微/納米球結構。
[0006]本發(fā)明的另一目的在于提供通過上述方法制備得到的利用模板輔助的有序大面積單層微/納米球結構。
[0007]本發(fā)明的目的通過下述技術方案實現(xiàn):
[0008]以下方案描述中以PS(聚苯乙烯)微/納米球為例，但不僅限于此，其可以是通過物理、化學方法制備得到的由各種單一或復合物質(zhì)(例如聚苯乙烯、二氧化硅、各種金屬)形成的各類型微/納米球，以及由此延伸出的各類型微/納米球殼結構或其他形狀的微/納米顆粒等。
[0009]—種利用模板輔助的有序大面積單層微/納米球的制備方法，包括以下具體步驟:
[0010](I)在基片上制作出有一定尺寸的結構，并將此作為模板；
[0011](2)將單層微球沉積到模板上，當液體蒸發(fā)后，得到利用模板輔助的有序大面積單層微/納米球結構。
[0012]步驟(I)中所述的一定尺寸的結構，其尺寸范圍可以從幾個微米到毫米量級，所述的結構可以是四角格子、三角格子，以及各種準周期、分型結構甚至不具有周期性的排列，其單元內(nèi)模板形狀可以是任意幾何形狀，例如方形、圓形、六邊形或其他不規(guī)則形等。
[0013]步驟(I)中所述的制作的方法，為任何可以刻蝕出有一定深度的微納米結構的刻蝕方法，例如濕法各項異性刻蝕、光電化學刻蝕、金屬催化化學刻蝕、納米壓印或反應離子刻蝕等。
[0014]步驟(I)中所述的基片，為任何可形成模板結構的表面(包括各種含有多層材料復合結構的表面)都可以作為基片使用，例如各種無機材料(娃片、玻璃、石英等)、各種聚合物材料(如有機玻璃、各種光刻膠形成的平面等)、各種金屬材料(如金、銀、鋁等)、以及上述一種或多種材料形成的復合基底等做基片。
[0015]步驟(2)中所述的單層微球沉積到模板的方法，為任何可以制備二維膠體晶體的方法，例如氣液界面組裝法、蒸發(fā)誘導法或電泳沉積法等。
[0016]步驟(2)中所述的微球包括PS(聚苯乙烯)微球、S12微球等膠體微顆粒。
[0017]一種利用模板輔助的有序大面積單層微/納米球結構，通過上述制備方法制備得到。
[0018]所述的利用模板輔助的有序大面積單層微/納米球結構在光通信器件、傳感器件、表面拉曼增強技術、太陽能技術、吸波材料等諸多領域中有重要的應用價值。
[0019]本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術，具有如下的優(yōu)點及效果:
[0020]本發(fā)明所用的模板硅片，可以在有結構的區(qū)域，對其周圍范圍內(nèi)的膠體微球施加力的作用，從而使得膠體微球在自組裝的過程中，受到來自模板結構的一個或者多個方向的力，并隨著力的作用而互相緊密地排列，而不只是在微弱的毛細管力作用下隨意排列。這樣做的效果就是可以有效減少膠體晶體中的晶格缺陷，改善其混亂的走向，并且減少區(qū)域性的雙層現(xiàn)象。因此，本發(fā)明得到的有序大面積單層微/納米球缺陷較少、走向有序性高、幾乎無多層現(xiàn)象，從掃描電鏡圖進行直觀觀測，可以看出其良好的有序性。
【附圖說明】
[0021]圖1是實施例中提供實驗流程圖及模板上單層微/納米球的俯視圖示意圖；其中，A為實驗流程圖$為單層微/納米球的俯視圖示意圖。
[0022]圖2是實施例中制備的模板掃描電鏡圖。
[0023]圖3是實施例中制備的利用模板輔助的有序大面積單層微/納米球結構的掃描電鏡圖。
【具體實施方式】
[0024]下面結合實施例及附圖對本發(fā)明作進一步詳細的描述，但本發(fā)明的實施方式不限于此。
[0025]在下面的描述中闡述了很多具體細節(jié)以便于充分理解本發(fā)明，但是本發(fā)明還可以采用其他不同于此描述的其他方式來實施，本領域技術人員可以在不違背本發(fā)明內(nèi)涵的情況下做類似推廣，因此本發(fā)明不受下面公開的具體實施例的限制。
[0026]實施例1
[0027](I)將5寸的N型〈100〉硅片切為多個3cm*3cm的小尺寸硅片，將載玻片切割成小片。
[0028](2)將切割后的硅片與載玻片分別在丙酮、異丙醇、乙醇、去離子水中分別超聲10分鐘，并在5 %氫氟酸中浸泡，之后用去離子水沖洗干凈，以去除表面的油污、金屬等雜質(zhì)；
[0029](3)使用HMDS預處理系統(tǒng)處理清洗過的硅片，使其表面呈疏水態(tài)；
[0030](4)準備好紫外光刻需要用到的掩膜板，其中包含4μπι?60μπι的不同尺寸的方形、圓形、六邊形、不規(guī)則形等形狀的周期性結構。
[0031](5)將處理過的硅片放入勻膠機中進行勻膠，所使用的是AZ5214e型光刻膠，勻膠參數(shù)為第一階段500轉(zhuǎn)/分鐘，旋轉(zhuǎn)5秒，第二階段6000轉(zhuǎn)/分鐘，旋轉(zhuǎn)40秒，光刻膠層的厚度約為Ιμπι;之后90°C前烘5min，進行紫外曝光，曝光密度為3.47mJ/s，曝光時間為23秒，總曝光量為80mJ ；曝光之后在AZ300MIF顯影液中顯影30?40秒；
[0032](6)將30%300nm粒徑的PS懸浮液與去離子水、酒精按照1:1:1的比例進行配比，并置于超聲機中進行超聲，將PS微球均勻地懸浮于溶劑中；
[0033 ] (7)將小片載玻片與模板硅片放入等離子清洗機中清洗15min，使其獲得良好的親水性，從而使得PS懸浮液能夠與硅片表面進行有效接觸，使得PS微球順利穩(wěn)定地排列到硅片上；
[0034](8)將處理好的硅片放入自制的排小球容器中，倒入去離子水，液面略高于硅片表面，自制的排小球容器大致結構如下:容器整體是一個長方體盒子，盒子頂部是開口的，上有蓋子，靠近盒子底部的是一個圓形開口，可以插入帶有開關的軟管，其余部分密閉。盒子內(nèi)部有一個獨立的小長方體盒，上部開口，底部有很多小的開口，供水流出。整個裝置所用的材料均為有機玻璃。實驗操作的過程中，將內(nèi)部的小長方體盒下面墊兩塊玻璃片，使小長方體盒里的水能順利流出，硅片放置于小長方體盒內(nèi)；
[0035](9)待液面穩(wěn)定后，將排小球容器下部的開關打開，將水緩慢排出，待硅片表面水分完全蒸干之后，即可將其取出，即得利用模板輔助的有序大面積單層微/納米球結構。
[0036]實驗流程圖如圖1A所示。
[0037]本實施例所得的利用模板輔助的有序大面積單層微/納米球結構的俯視圖示意圖，如圖1B所示。
[0038]實施例中制備的模板掃描電鏡圖，如圖2所示。
[0039]實施例中制備的利用模板輔助的有序大面積單層微/納米球結構的掃描電鏡圖，如圖3所示。
[0040]從圖3所示的掃描電鏡圖可以看出，利用模板輔助排列出的有序大面積單層微/納米球缺陷較少，走向有序性高，且?guī)缀鯚o多層現(xiàn)象。結果表明，利用模板的輔助，單層有序大面積微/納米球的制備更為簡單易行。
[0041]本說明書中各個部分采用遞進的方式描述，每個部分重點說明的都是與其他部分的不同之處，各個部分之間相同相似部分互相參見即可。對所公開的實施例的上述說明，使本領域?qū)I(yè)技術人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對這些實施例的多種修改對本領域的專業(yè)技術人員來說是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其他實施例中實現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會被限制于本文所示的是實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬范圍。
[0042]上述實施例為本發(fā)明較佳的實施方式，但本發(fā)明的實施方式并不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【主權項】
1.一種利用模板輔助的有序大面積單層微/納米球的制備方法，其特征在于包括以下具體步驟: (1)在基片上制作出有一定尺寸的結構，并將此作為模板； (2)將單層微球沉積到模板上，當液體蒸發(fā)后，得到利用模板輔助的有序大面積單層微/納米球結構。2.根據(jù)權利要求1所述的利用模板輔助的有序大面積單層微/納米球的制備方法，其特征在于:步驟(I)中所述的一定尺寸的結構，其尺寸范圍從幾個微米到毫米量級。3.根據(jù)權利要求1所述的利用模板輔助的有序大面積單層微/納米球的制備方法，其特征在于:所述的結構為四角格子、三角格子，以及各種準周期、分型結構甚至不具有周期性的排列，其單元內(nèi)模板形狀是任意幾何形狀，例如方形、圓形、六邊形或不規(guī)則形。4.根據(jù)權利要求1所述的利用模板輔助的有序大面積單層微/納米球的制備方法，其特征在于:步驟(I)中所述的制作的方法，為任何能刻蝕出有一定深度的微納米結構的刻蝕方法，例如濕法各項異性刻蝕、光電化學刻蝕、金屬催化化學刻蝕、納米壓印或反應離子刻蝕。5.根據(jù)權利要求1所述的利用模板輔助的有序大面積單層微/納米球的制備方法，其特征在于:步驟(I)中所述的基片，是任何能形成模板結構的表面都能作為基片使用，例如用各種無機材料、各種聚合物材料、各種金屬材料、以及上述一種或多種材料形成的復合基底做基片。6.根據(jù)權利要求5所述的利用模板輔助的有序大面積單層微/納米球的制備方法，其特征在于:所述的無機材料為硅片、玻璃或石英； 所述的聚合物材料為有機玻璃或各種光刻膠形成的平面； 所述的金屬材料為金、銀或鋁。7.根據(jù)權利要求1所述的利用模板輔助的有序大面積單層微/納米球的制備方法，其特征在于:步驟(2)中所述的單層微球沉積到模板的方法，為任何能制備二維膠體晶體的方法，例如氣液界面組裝法、蒸發(fā)誘導法或電泳沉積法。8.根據(jù)權利要求1所述的利用模板輔助的有序大面積單層微/納米球的制備方法，其特征在于:步驟(2)中所述的微球包括PS微球或S12微球。9.一種利用模板輔助的有序大面積單層微/納米球結構，其特征在于:通過權利要求1?8任一項的制備方法制備得到。10.權利要求9所述的利用模板輔助的有序大面積單層微/納米球結構在光通信器件、傳感器件、表面拉曼增強技術、太陽能技術、吸波材料領域中的應用。
【文檔編號】B81C1/00GK105947970SQ201610327497
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年5月16日
【發(fā)明人】薛亞莉, 張淵, 劉芬, 胡治朋
【申請人】華南師范大學