一种高度有序倾斜纳米柱的制备方法与流程

本发明属于周期纳米材料制备技术领域，具体涉及一种高度有序倾斜纳米柱制备新技术。

技术背景

高度有序倾斜纳米柱阵列在生物、医学、医药、纳米光子学等领域均具有重要应用。开发出一种技术，可以适用于多种材料的纳米棒状结构阵列的制备，非常重要。

现有制备倾斜纳米柱的制备采用光刻或电子束刻蚀方法，或者化学腐蚀方法，这些方法程序复杂，且一种材料的制备工艺很难推广到另一种材料上，因此目前需要一种多种材料的制备方法。

技术实现要素：

为了提供一种适用于多种材料的有序倾斜纳米柱的制备方法，本发明提出了一种高度有序倾斜纳米柱的制备方法，该方法以二维胶体阵列为基础，采用二次模版方法，制备出了高度有序的纳米棒状结构阵列，这种棒状结构可以为金属、合金、半导体及其相关异质结构。

1)采用自组装方法制备的高度有序的聚苯乙烯小球阵列。

1a)清洗硅片。将硅片并放入烧杯中，在烧杯中分别加入体积比为1:2:6的氨水、过氧化氢和去离子水的混合溶液中。将烧杯放在烤焦台上加热至沸腾，并保持5～10min，冷却后将液体倒出，依次用去离子水，无水乙醇反复超声15min。

1b)制备六方密排的聚苯乙烯小球阵列。将直径500nm聚苯乙烯小球和无水乙醇的按照体积比为1:1混合，再通过超声处理使聚苯乙烯小球均匀分散，用移液枪将聚苯乙烯小球分散液滴在大块的硅片，使分散液均匀分布在硅片上，将大硅片缓慢倾斜的滑入液面平稳的器皿中，在水面上形成密排的聚苯乙烯小球阵列，最后用清洗后的硅片将浮在水面上的小球阵列缓慢的捞起来，吸水干燥后备用。

2)将高度有序的聚苯乙烯小球阵列放入等离子体清洗机中刻蚀3min，蚀刻气体为体积比为o2:ar＝4:1的混合气体，经过刻蚀聚苯乙烯小球的直径由500nm减小到350nm。

3)利用磁控溅射在其表面溅射200～400nm的金属、合金、半导体或金属氧化物，得到纳米点周期阵列。本实施例中以au为例，在溅射功率为25w，真空度为2×10^-4pa的高真空条件下，通入氩气流量为20sccm，垂直于经过刻蚀聚苯乙烯小球阵列进行溅射，溅射时间8min，溅射厚度为320nm。

4)利用胶带将溅射完成的聚苯乙烯小球阵列粘贴下来，在原衬底上得到六角密排结构的纳米点结构阵列。

5)利用磁控溅射在纳米点周期阵列上进行以50°～70°的角度进行斜溅射，溅射材料为金属、合金、半导体或金属氧化物，在溅射功率为25w，真空度为2×10^-4pa的高真空条件下，通入20sccm的ar，对纳米点周期阵列溅射2～4min得到柱状结构。

本发明的有益效果：

本发明设计并制备得到了一种倾斜的周期纳米棒状结构阵列。该制备方法的创新性在于可以对倾斜的纳米柱的倾斜角度、直径、长度、成分进行很方便的控制。纳米柱的倾斜角度是由溅射的角度而决定的，可控制在50～70°。六角处纳米柱的直径是通过基底的大小控制的，中间纳米柱的直径是通过所粘下阵列结构后，留下在中心位置的孔洞大小决定的。纳米柱的长度都由溅射的时间决定。最后成分由选择溅射的材料而决定的，通常为溅射速率快的金属。

附图说明

图1未经倾斜溅射的纳米点结构阵列；

图2倾斜溅射2min的纳米点结构阵列；

图3倾斜溅射4min的纳米点结构阵列。

具体实施方式

本结构制备方法的具体步骤如下：

1)采用自组装方法制备的高度有序的聚苯乙烯小球阵列。

1a)清洗硅片。将硅片并放入烧杯中，在烧杯中分别加入体积比为1:2:6的氨水、过氧化氢和去离子水的混合溶液中。将烧杯放在烤焦台上加热至沸腾，并保持5～10min，冷却后将液体倒出，依次用去离子水，无水乙醇反复超声15min。

1b)制备六方密排的聚苯乙烯小球阵列。将直径500nm聚苯乙烯小球和无水乙醇的按照体积比为1:1混合，再通过超声处理使聚苯乙烯小球均匀分散，用移液枪将聚苯乙烯小球分散液滴在大块的硅片，使分散液均匀分布在硅片上，将大硅片缓慢倾斜的滑入液面平稳的器皿中，在水面上形成密排的聚苯乙烯小球阵列，最后用清洗后的硅片将浮在水面上的小球阵列缓慢的捞起来，吸水干燥后备用。

2)将高度有序的聚苯乙烯小球阵列放入等离子体清洗机中刻蚀3min，蚀刻气体为体积比为o2:ar＝4:1的混合气体，经过刻蚀聚苯乙烯小球的直径由500nm减小到350nm。

3)利用磁控溅射在其表面溅射200～400nm的金属、合金、半导体或金属氧化物，得到纳米点周期阵列。本实施例中以au为例，在溅射功率为25w，真空度为2×10^-4pa的高真空条件下，通入20sccm的ar，垂直于经过刻蚀聚苯乙烯小球阵列进行溅射，溅射时间8min，溅射厚度为320nm。

4)利用胶带将溅射完成的聚苯乙烯小球阵列粘贴下来，在原衬底上得到六角密排结构的纳米点结构阵列，如图1所示。

5)利用磁控溅射在纳米点周期阵列上进行以70°的角度进行斜溅射，溅射材料为金属、合金、半导体或金属氧化物，本实施例中以au为例，在溅射功率为25w，真空度为2×10^-4pa的高真空条件下，通入20sccm的ar，对纳米点周期阵列溅射2-4min得到柱状结构。

如图2所示为倾斜溅射2min的纳米点结构阵列，该结构为倾斜的柱状结构。

该方法属于物理沉积方法，溅射的材料可以为金属、合金、半导体、氧化物及其相关异质结构，采用此技术，均可以得到类似结构。