一种金属3D纳米结构阵列的制备方法

本发明属于微纳米加工，具体涉及一种金属3d纳米结构阵列的制备方法。

背景技术：

1、纳米结构的性能很大程度上决定于它们的尺寸、形貌和材料组成。金属的3d纳米结构由于其独特的光、电、磁性质，在通信、传感、检测、催化、电池等领域有着广泛的应用前景。例如：在传感领域，金属纳米结构可以显示出较好的气体传感性能；在太阳能电池领域，金属纳米结构被掺杂进聚合物中，利用其表面等离子体性质来增加转化效率；在oled领域，金属纳米结构被制备在oled的聚合物层用以提高其发光效率，等等。近年来，人们已制备出多种形态的金属微纳米结构,如纳米粒子、纳米线、纳米管、纳米孔、纳米棒、纳米壳和纳米杯等。金属3d纳米结构阵列的制备主要分为“自上而下”和“自下而上”两大类，主要有化学合成、胶体化学合成以及基于刻蚀工艺的电子束刻蚀、纳米球刻蚀、全息光刻等。然而这些方法普遍存在成本昂贵、工艺复杂、可控性差等问题，因而制约了金属纳米结构的研究和应用。

2、微纳图案化技术具有操作简单、成本低廉、可大面积制备等优点，但由于金属材料的耐刻蚀性能，因此通过微纳图案化技术结合干法刻蚀工艺来制备金属3d微纳结构阵列是一个很大的挑战。

技术实现思路

1、本发明的目的在于解决现有技术的不足，提供一种金属3d纳米结构阵列的制备方法，该方法能够制得金属纳米柱、纳米杯、纳米沟道等3d纳米结构阵列，并且操作简单、成本低廉、可大面积制备。

2、为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

3、一种金属3d纳米结构阵列的制备方法，包括如下步骤：

4、(1)采用镀膜仪在基底上镀一层金属膜，得到镀有金属膜的基底；

5、(2)在镀有金属膜的基底上依次旋涂传递胶层和压印胶层，然后将模板贴合在压印胶层上，在紫外光的照射下进行压印，结束后去掉模板，得到浮雕式纳米阵列结构；

6、(3)将浮雕式纳米阵列结构进行离子束刻蚀，然后依次置于丙酮和去离子水中超声清洗，最后进行刻蚀，得到金属3d纳米结构阵列。

7、进一步，步骤(1)中，所述基底为硅基底或石英基底。

8、进一步，步骤(1)中，所述金属膜的种类为金、银或铬，金属膜的厚度为50～110nm。

9、步骤(2)中，所述传递胶为光刻胶，市购即可，例如光刻胶su-82075；所述压印胶为紫外光固化胶，市购即可。

10、进一步，步骤(2)中，所述传递胶层的厚度为300～700nm。

11、进一步，步骤(2)中，所述压印胶的旋涂速率为2000r/s～4000r/s，压印胶层的厚度为90～110nm。

12、进一步，步骤(2)中，所述模板的形貌包括但不限于：光栅结构、孔结构、四边形结构或六边形结构，能产生浮雕式纳米阵列结构即可。当浮雕式纳米阵列结构为圆柱时，可得到纳米杯3d纳米结构阵列；当浮雕式纳米阵列结构为光栅时，可得到纳米沟道3d纳米结构阵列，以此类推。

13、进一步，步骤(3)中，所述离子束刻蚀时，确保样品台和离子腔呈90°，刻蚀能量500ev，束流为88～92ma，中和为105～135ma，刻蚀时间为70～80s。

14、进一步，步骤(3)中，所述刻蚀采用电感耦合等离子体刻蚀机，刻蚀气体为chf3和o2，chf3气体流量为2sccm，o2气体流量为20sccm，刻蚀功率为35w，刻蚀时间600～1200s。

15、本发明的有益效果：

16、本发明提供了一种金属3d纳米结构阵列的制备方法，先在基底上镀一层金属膜层，然后通过纳米图案化技术(纳米压印)，在金属膜层上制备浮雕式纳米阵列结构，浮雕凹结构底部暴露出金属膜层，裸露的金属层在离子束的轰击下发生溅射，并主要沉积在浮雕结构的侧壁，最后通过清洗、刻蚀等选择性去除浮雕结构，即可获得金属3d纳米结构阵列。采用本发明方法能够制备得到金属纳米柱、纳米杯、纳米沟道等3d纳米结构阵列，与现有方法相比，该方法具有操作简单、成本低廉、可大面积制备、分辨率高的优点，并且产量高，不同批次样品重复性好，本发明制备的金属3d纳米结构阵列适合用于拉曼检测、结构色、生物传感等领域。

技术特征：

1.一种金属3d纳米结构阵列的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.如权利要求1所述金属3d纳米结构阵列的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述基底为硅基底或石英基底。

3.如权利要求1所述金属3d纳米结构阵列的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述金属膜的种类为金、银或铬，金属膜的厚度为50～110nm。

4.如权利要求1所述金属3d纳米结构阵列的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述传递胶层的厚度为300～700nm。

5.如权利要求1所述金属3d纳米结构阵列的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述压印胶的旋涂速率为2000r/s～4000r/s，压印胶层的厚度为90～110nm。

6.如权利要求1所述金属3d纳米结构阵列的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述模板的形貌包括但不限于：光栅结构、孔结构、四边形结构或六边形结构。

7.如权利要求1所述金属3d纳米结构阵列的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述离子束刻蚀时，确保样品台和离子腔呈90°，刻蚀能量500ev，束流为88～92ma，中和为105～135ma，刻蚀时间为70～80s。

8.如权利要求1至7任一项所述金属3d纳米结构阵列的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述刻蚀采用电感耦合等离子体刻蚀机，刻蚀气体为chf3和o2，chf3气体流量为2sccm，o2气体流量为20sccm，刻蚀功率为35w，刻蚀时间600～1200s。

技术总结本发明涉及一种金属3D纳米结构阵列的制备方法，属于微纳米加工技术领域，本发明先在基底上镀一层金属膜，然后依次旋涂传递胶层和压印胶层，再将模板贴合在压印胶层上，在紫外光的照射下进行压印，结束后去掉模板，得到浮雕式纳米阵列结构，接着进行离子束刻蚀，再依次置于丙酮和去离子水中超声清洗，最后进行刻蚀，得到金属3D纳米结构阵列。采用该方法能够制备得到金属纳米柱、纳米杯、纳米沟道等3D纳米结构阵列，与现有方法相比，该方法操作简单、成本低廉、可大面积制备，本发明制备的金属3D纳米结构阵列适合用于拉曼检测、结构色、生物传感等领域。技术研发人员：崔玉双,许辰阁,陈斯,葛海雄受保护的技术使用者：南京大学技术研发日：技术公布日：2024/3/31