專利名稱：在硅基底上制備二氧化鈦或二氧化鋯微圖案方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種硅表面二氧化鈦、二氧化鋯微圖案的制備方法
背景技術(shù)：
微圖案材料的制備己成為許多技術(shù)領(lǐng)域的追逐的熱點(diǎn)，如微流體、光學(xué)、電 子和信息存儲(chǔ)等領(lǐng)域。但是，如何通過(guò)簡(jiǎn)便易行且經(jīng)濟(jì)廉價(jià)的方法制得有序的圖 案一直這一領(lǐng)域具有挑戰(zhàn)性的課題。光刻技術(shù)C4dv.Mfl^: 2004， 76,1249)是當(dāng) 今最為成熟的圖案化技術(shù)，該方法用到了光敏的聚合物或光刻膠作為曝光材料。 近年來(lái)發(fā)展的軟刻蝕技術(shù)(0^附.及^ 1999,卯，1823)為傳統(tǒng)光刻技術(shù)開(kāi)辟了新 路，但該過(guò)程一般用到了自組裝單層膜作為圖案的模板。不管是使用光敏材料， 還是結(jié)合自組裝膜技術(shù)，無(wú)疑都增加了操作步驟，提高了生產(chǎn)成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種硅表面上圖案化二氧化鈦、二氧化鋯的制備方法。
本發(fā)明巧妙的將光電效應(yīng)與圖案化技術(shù)相結(jié)合，不僅方法簡(jiǎn)單，而且價(jià)格低 廉。該發(fā)明豐富了光電效應(yīng)在圖案化領(lǐng)域的應(yīng)用，對(duì)拓展新的圖案化方法有著積 極的作用。
本發(fā)明的制備方法包括以下步驟
A、 硅基底的處理
依次用甲苯、丙酮、乙醇超聲清洗硅片，然后置于濃硫酸和雙氧水的混合溶
液(Piranha溶液)中于90'C煮20-40分鐘，水沖洗，氮?dú)獯蹈桑?br> B、 紫外光照
硅片上放置光掩膜板，同時(shí)用石英片壓緊，于紫外燈下光照30 90min,移 去掩膜板，靜置；
C、 化學(xué)沉積
將光照后的硅片放入過(guò)氧硫酸鈦或過(guò)氧硫酸鋯的水溶液中于8(TC下沉積 20 30分鐘，丙酮清洗，更換澄清溶液，重復(fù)該過(guò)程幾次。
3本發(fā)明所用的基底為n(100)型和p(100)型兩種單晶硅。 本發(fā)明所用的光掩膜板為透射電子顯微鏡中使用的銅網(wǎng)。 本發(fā)明在化學(xué)沉積過(guò)程中使用了金屬的無(wú)機(jī)鹽作為原料來(lái)替代傳統(tǒng)的金屬 醇鹽，是一種廉價(jià)的制備圖案化無(wú)機(jī)物薄膜的方法。 本發(fā)明的工作原理描述如下
硅片清洗后表面為一層親水的Si02層，厚度約為2 3nm。覆蓋上銅網(wǎng)后于 紫外燈下光照。表面的SiO2層對(duì)于波長(zhǎng)M40nm的光線是透過(guò)的。體相的單晶硅 為窄帶隙半導(dǎo)體，易于受紫外光的激發(fā)而發(fā)生載流子的遷移。如果只考慮直接躍 遷和單光子激發(fā)過(guò)程，電子和空穴激發(fā)所需要的能量分別為4.3 eV (288nm)和 5.7eV(218nm)。紫外燈主要發(fā)射波長(zhǎng)大于200nm的光線，因而能夠把電子和空 穴同時(shí)激發(fā)。激發(fā)的載流子到達(dá)Si/Si02界面后，擴(kuò)散到外層的Si02表面。由于， 電子和空穴的遷移率有較大的差別，前者是后者的約107倍，這使得電子很快在 界面處被空氣捕獲或是復(fù)合回到體相，而空穴因特別慢的遷移率較長(zhǎng)時(shí)間的停留 在Si02表面，導(dǎo)致Si02表面荷正電。
關(guān)閉紫外燈，放置一個(gè)小時(shí)后，將硅片放入過(guò)氧硫酸鈦的溶液中于8(TC下 沉積。溶液中的二氧化鈦顆粒荷少量的正電荷(5 10mV)，因光照后的區(qū)域也 荷一定量的正電荷，正正排斥，所以二氧化鈦顆粒在光照區(qū)域的沉積變得困難。 相反，未光照的區(qū)域與溶液中的鈦顆粒缺少相應(yīng)的排斥力，且考慮到親水-親水 的相互作用，使得二氧化鈦顆粒在該區(qū)域沉積變得更為容易。
本發(fā)明以廉價(jià)的無(wú)機(jī)鹽水溶液(過(guò)氧硫酸鈦、過(guò)氧硫酸鋯)作為原料來(lái)替代 傳統(tǒng)的金屬醇鹽，以化學(xué)沉積法制得了圖案化的二氧化鈦、二氧化鋯的無(wú)機(jī)物薄 膜。紫外光照使得硅表面荷正電，抑制了無(wú)機(jī)物在該區(qū)域的沉積。所得到的氧化 物圖案為負(fù)相圖案。該方法未對(duì)表面進(jìn)行任何修飾，在完全親水的表面上即可獲 得圖案，具有操作簡(jiǎn)單，成本低廉的優(yōu)點(diǎn)，且拓展了光電效應(yīng)在圖案化領(lǐng)域的應(yīng) 用。
具體實(shí)施例方式
為了更好的理解本發(fā)明，通過(guò)實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明 實(shí)施例1
硅片上制備圖案化二氧化鈦微結(jié)構(gòu)圖案
41.硅基底的處理
依次用甲苯、丙酮、乙醇超聲清洗硅片，然后置于7:3的濃硫酸和雙氧水的 混合溶液(Piranha溶液)中于90'C煮30分鐘，二次水沖洗，氮?dú)獯蹈?。硅表面?Si02層厚度約為2 3nm。 2紫外光照
硅片上放置銅網(wǎng)，同時(shí)用石英片壓緊，樣品距紫外燈1 2cm，以減小空氣 對(duì)短波長(zhǎng)紫外線的吸收，光照30 90min,移去銅網(wǎng)，靜置一小時(shí)。 3.化學(xué)沉積。將光照后的硅片放入過(guò)氧硫酸鈦的水溶液中(5mM Ti(S04)2 + 10mM H202)于8(TC下沉積20 30分鐘，取出硅片用丙酮清洗，倒掉渾濁 的鈦溶液，換為澄清的過(guò)氧硫酸鈦溶液，重復(fù)該過(guò)程1 2次。二氧化鈦沉積 在未光照的區(qū)域，為負(fù)相圖案，圖案高度約為80nm。 實(shí)施例2
硅片上制備圖案化二氧化鋯微結(jié)構(gòu)圖案 1、 2步驟同實(shí)施例1的1、 2步驟。 3.化學(xué)沉積。將光照后的硅片放入過(guò)氧硫酸鋯的水溶液中(5mM Zr(S04)2 + 5mM H202)于8(TC下沉積20 30分鐘，取出硅片用丙酮清洗。二氧化鋯沉積在未光 照的區(qū)域，為負(fù)相圖案，圖案高度約為10nm，
權(quán)利要求
1、一種在硅基底上制備二氧化鈦或二氧化鋯微圖案方法，其特征在于該方法包括以下步驟A、硅基底的處理依次用甲苯、丙酮、乙醇超聲清洗硅片，然后置于濃硫酸和雙氧水的混合溶液(Piranha溶液)中于90℃煮20-40分鐘，水沖洗，氮?dú)獯蹈?；B、紫外光照硅片上放置光掩膜板，同時(shí)用石英片壓緊，于紫外燈下光照30～90min，移去掩膜板，靜置；C、化學(xué)沉積將光照后的硅片放入過(guò)氧硫酸鈦或過(guò)氧硫酸鋯的水溶液中于80℃下沉積20～30分鐘，丙酮清洗，更換澄清溶液，重復(fù)該過(guò)程幾次。
2、 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于光掩膜板為透射電子顯微鏡中使 用的銅網(wǎng)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種在硅基底上制備二氧化鈦或二氧化鋯微圖案方法。本發(fā)明以廉價(jià)的無(wú)機(jī)鹽水溶液作為原料來(lái)替代傳統(tǒng)的金屬醇鹽，以化學(xué)沉積法制得了圖案化的二氧化鈦、二氧化鋯的無(wú)機(jī)物薄膜。紫外光照使得硅表面荷正電，抑制了無(wú)機(jī)物在該區(qū)域的沉積。所得到的氧化物圖案為負(fù)相圖案。該方法未對(duì)表面進(jìn)行任何修飾，在完全親水的表面上即可獲得圖案，具有操作簡(jiǎn)單，成本低廉的優(yōu)點(diǎn)，且拓展了光電效應(yīng)在圖案化領(lǐng)域的應(yīng)用。
文檔編號(hào)H01L21/00GK101459053SQ20071030772
公開(kāi)日2009年6月17日 申請(qǐng)日期2007年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月13日
發(fā)明者山 梁, 淼 陳 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所