引入牺牲层的阳极氧化铝薄膜牢固金属纳米颗粒的方法与流程

本发明涉及微纳米制造技术领域，特别涉及一种通过引入牺牲层的阳极氧化铝薄膜形成牢固金属纳米颗粒的方法。

背景技术：

近年来，半导体技术，特别是微纳加工技术的迅速发展，推进了其在各个领域的应用，其中，纳米结构的制备方法成为研究热点。

阳极氧化铝模板(aao，anodicaluminumoxide)是一种具有纳米孔阵列的薄膜，在其制备过程中，通过控制制备条件，可得到不同孔径和周期的有序纳米孔阵列，这种阵列结构可以作为掩膜版，在衬底上制备纳米颗粒图案。由于其廉价、制备过程简单，在纳米颗粒阵列的大面积制备领域已有很多应用。基于局域表面等离子体共振技术的传感衬底制备，方法之一便是利用aao薄膜制备金纳米颗粒阵列。

目前，使用aao薄膜制备金纳米颗粒阵列的常用方法是：在衬底表面转移aao薄膜，直接蒸镀金，去除aao薄膜，得到金纳米颗粒阵列。这样的制备方法存在的问题如下：(1)蒸金时，蒸镀粘附层，金颗粒和衬底连接牢固，但是在揭掉aao薄膜时，aao薄膜在衬底上残留多，不易去除；(2)蒸金时，不蒸镀粘附层，aao薄膜用胶带很容易去除，由于金颗粒和衬底粘附性差，在揭掉aao薄膜时或者后续实验过程中，金颗粒会从衬底上脱落。因此，需要一种方法，能实现金属纳米颗粒在衬底上的牢固粘附。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种通过引入牺牲层的阳极氧化铝薄膜形成牢固金属纳米颗粒的方法，以期至少部分地解决上述技术问题中的至少之一。

为了实现上述目的，本发明提供了一种通过引入牺牲层的阳极氧化铝薄膜形成牢固金属纳米颗粒的方法，包括以下步骤：

在衬底上旋涂或蒸镀牺牲层，加热固化；

将阳极氧化铝薄膜转移到所述牺牲层上；

以阳极氧化铝薄膜为模板，刻蚀牺牲层；

在上述步骤得到的衬底上蒸镀粘附层和金属层；去除阳极氧化铝薄膜；

去除牺牲层，最终在所述衬底上形成牢固金属纳米颗粒阵列。

其中，所述衬底选自硅、石英或聚合物衬底。

其中，所述牺牲层选自光刻胶、pmma、parylene和su-81010，牺牲层厚度为60～100nm，所述加热固化温度为牺牲层的玻璃化温度。

其中，所述阳极氧化铝薄膜，膜厚为100～250nm，直径为50～400nm，周期为65～450nm。

其中，所述阳极氧化铝薄膜转移在丙酮溶液中进行，或者先在丙酮溶液中溶解支撑阳极氧化铝薄膜的pmma，再在去离子水中将阳极氧化铝膜转移至牺牲层上。

其中，所述刻蚀牺牲层的方法为打氧等离子体或反应离子刻蚀工艺；刻蚀厚度为将牺牲层刻穿至衬底层。

其中，所述粘附层和金属层厚度分别为1～5nm和30～60nm。

其中，去除阳极氧化铝薄膜的步骤通过使用高温胶带或3m隐形胶带来实现。

其中，去除牺牲层的步骤通过采用打氧等离子体或气体刻蚀来实现。

一种通过如上所述的牢固金属纳米颗粒的方法形成的牢固金属纳米颗粒阵列。

基于上述技术方案可知，本发明的方法相对于现有技术至少具有如下有益效果之一或其部分：

本发明在利用aao薄膜掩膜法制备金属纳米颗粒阵列时，通过引入牺牲层，刻蚀法将图形转移到牺牲层上，使纳米颗粒先蒸镀在牺牲层中，再通过合适的方法去除aao薄膜和牺牲层，在此过程中，aao薄膜和衬底不直接接触，蒸镀金属时，粘附层不会渗入aao薄膜和衬底之间，使得aao薄膜容易去除，最终在衬底上制备出牢固的金属纳米颗粒阵列；该方法可以实现在衬底上形成牢固纳米颗粒阵列，金属纳米颗粒的直径最小可制备30nm，厚度可随着纳米颗粒直径的增加而增加，但是不超过纳米颗粒直径。利用商用阳极氧化铝薄膜为模板，成本低廉，实验过程简单。

附图说明

图1是本发明的通过引入牺牲层的阳极氧化铝薄膜形成牢固金属纳米颗粒的方法的流程图。

上述附图中，附图标记含义如下：

s10、清洗衬底；s20、旋涂或蒸镀牺牲层；

s30、转移超薄阳极氧化铝膜；s40、刻蚀牺牲层；

s50、蒸镀金属；s60、去除阳极氧化铝膜和牺牲层。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。但是，必须指出的是，下述具体实施方式仅仅是本发明的一部分实例，并不能作为对本发明保护范围的限制。

本发明公开了一种通过引入牺牲层的阳极氧化铝薄膜制备牢固金属纳米颗粒的方法，包括：在衬底上旋涂或蒸镀牺牲层；将超薄阳极氧化铝膜转移在所述牺牲层上；以阳极氧化铝薄膜为模板，刻蚀牺牲层；依次蒸镀粘附层和金属；去除阳极氧化铝薄膜；去除牺牲层，最终形成牢固的金属纳米颗粒阵列。

下面通过具体实施例来对本发明的技术方案作进一步阐述说明。但需要注意的是其仅是举例说明，本发明并不限于此。下述实施例中使用的化学材料均采用市场商购和/或根据公知方法合成。

实施例1

本实施例以可溶于丙酮的牺牲层(光刻胶)为例进行说明。

如图1所示，本实施例的通过引入牺牲层的阳极氧化铝薄膜形成牢固金属纳米颗粒的方法，包括以下步骤：

(1)在硅衬底上旋涂光刻胶作为牺牲层，牺牲层厚度80nm，以牺牲层玻璃化温度进行加热固化(步骤s10)；

(2)将膜厚为180nm、直径为200nm、周期为250nm的超薄阳极氧化铝膜转移在该牺牲层上；其中，该超薄阳极氧化铝膜需先在丙酮溶液中溶解支撑阳极氧化铝薄膜的pmma，再用玻璃片或硅片将阳极氧化铝薄膜从丙酮中捞出，并在去离子水中释放，然后，将阳极氧化铝薄膜转移至涂有牺牲层的衬底上(步骤s20)；

(3)以阳极氧化铝薄膜为模板，刻蚀牺牲层(步骤s30)；

刻蚀条件选择打氧等离子，也可以是反应离子刻蚀刻蚀工艺；

(4)蒸镀粘附层，蒸镀金属(步骤s40)；

所述蒸镀金属的方法可以是电子束蒸镀，也可以是离子溅射；

所述的金属蒸镀为先蒸粘附层，后蒸镀金属层，粘附层和金属层厚度分别为2nm和50nm；

(5)去除阳极氧化铝薄膜(步骤s50)；

(6)去除牺牲层，最终形成牢固的金属纳米颗粒阵列(步骤s60)；

当用可溶性的牺牲层时，金属蒸镀之后，直接将衬底泡在丙酮中，在溶解牺牲层的同时，阳极氧化铝薄膜也随即脱落。

但要注意的是，这种方法只适合以孔径和周期比较大的阳极氧化铝薄膜为掩膜制备金属纳米颗粒结构的情况，对于孔径和周期在几十纳米的阳极氧化铝薄膜，在去除支撑pmma，阳极氧化铝薄膜在水中会立刻破裂，导致转移失败。

对于以孔径和周期较小的阳极氧化铝薄膜为掩膜制备金属纳米结构的情况，则按照实施例2进行制备。

实施例2

本实施例以不可溶于丙酮的牺牲层(parylene)为例进行说明。

(1)在衬底上旋涂或蒸镀厚度为80nm、以parylene或su-81010等不溶于丙酮等溶剂作为材料的牺牲层，加热固化；所述衬底包括硅、石英、聚合物衬底等；其中，当使用parylene为牺牲层时，选用方法为蒸镀；选用su-81010为牺牲层时，选用方法为旋涂；所述加热固化温度为牺牲层玻璃化温度；

(2)将超薄阳极氧化铝膜转移在所述牺牲层上；所述的超薄阳极氧化铝膜直接在丙酮溶解支撑的pmma并将其转移至涂有牺牲层的衬底上。所述的超薄阳极氧化铝膜，膜厚为200nm，直径为300nm，周期为250nm；

(3)以阳极氧化铝薄膜为模板，刻蚀牺牲层；其中，刻蚀工艺选择反应离子刻蚀；

(4)蒸镀粘附层，蒸镀金属；所述蒸镀金属的方法可以是电子束蒸镀，也可以是离子溅射；所述的金属蒸镀为先蒸粘附层，后蒸金属层，其中粘附层和金属层厚度分别为2nm和50nm；

(5)去除阳极氧化铝薄膜；去除阳极氧化铝膜采用高温胶带或3m隐形胶带；

(6)去除牺牲层，最终形成牢固的金属纳米颗粒阵列；去除牺牲层采用反应离子刻蚀工艺。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。