一种金属微纳结构及其制备方法和应用与流程

本发明属于金属微纳结构，具体涉及到一种金属微纳结构及其制备方法和应用。

背景技术：

1、近年来，金属微纳结构通常因其在微观尺度上具备独特的形态、尺寸以及排列方式，并展现出特有的物理、化学和光学性质，而被广泛应用于多种领域，例如，光学传感器、磁敏传感器、生物传感器、表面增强拉曼光谱、集成电路、柔性电子器件。金属微纳结构所固有的形貌质量、物理化学与机械特性对其性能优劣有着显著影响。因此，选择适宜的加工工艺和参数以满足特定应用场景的需求，已成为至关重要的因素。

2、目前，典型的衬底上制备金属微纳结构的工艺有光刻、电子束蒸镀、电镀、化学沉积、电流体喷印、等离子刻蚀、纳米压印等。电镀工艺借助电镀液中催化剂，在电场作用下使得金属阳离子在易失去电子的种子层处发生氧化环氧反应并生成金属结构。电镀因其耗时短、成本低、工艺简单等优点，是制备金属微纳结构的一种良好的方法。

3、近年来，金属微纳结构通常因其在微观尺度上具备独特的形态、尺寸以及排列方式，并展现出特有的物理、化学和光学性质，而被广泛应用于多种领域，例如，光学传感器、磁敏传感器、生物传感器、表面增强拉曼光谱、集成电路、柔性电子器件。金属微纳结构所固有的形貌质量、物理化学与机械特性对其性能优劣有着显著影响。因此，选择适宜的加工工艺和参数以满足特定应用场景的需求，已成为至关重要的因素。

4、目前，典型的衬底上制备金属微纳结构的工艺有光刻、电子束蒸镀、电镀、化学沉积、电流体喷印、等离子刻蚀、纳米压印等。电镀工艺借助电镀液中催化剂，在电场作用下使得金属阳离子在易失去电子的种子层处发生氧化环氧反应并生成金属结构。电镀因其耗时短、成本低、工艺简单等优点，是制备金属微纳结构的一种良好的方法。

5、现有的电镀制备金属微纳结构的方法多采用放置微纳结构模板，工艺流程复杂，且难以实现金属结构位置可控的制备。对于大面积图案化制备需要极高的成本制作模板，同时难以确保高精度加工。如果采用先镀膜再刻划的方法制备金属微纳结构，不仅需要苛刻的镀膜流程，且需要通过刻划去除大量的表面材料，其涉及工艺流程复杂。

6、因此，亟需设计一种工艺流程简单、切实有效的电镀方法来改变目前的现状。

技术实现思路

1、本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

2、鉴于上述和/或现有技术中存在的问题，提出了本发明。

3、因此，本发明的目的是，克服现有技术中的不足，提供一种金属微纳结构的制备方法。

4、为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：在经过预处理的半导体材料表面刻出划痕；

5、再将半导体材料浸入金属盐溶液中进行电镀，即得到金属微纳结构。

6、作为本发明所述的金属微纳结构的制备方法一种优选方案，其中：所述刻出划痕的过程中，最大接触压力为半导体材料硬度的1.0～1.5倍。

7、作为本发明所述的金属微纳结构的制备方法一种优选方案，其中：所述刻出划痕的过程中，刻划次数为1～5次。

8、作为本发明所述的金属微纳结构的制备方法一种优选方案，其中：所述金属盐溶液包括硝酸银、硫酸镍或硫酸铜中的一种或两种。

9、作为本发明所述的金属微纳结构的制备方法一种优选方案，其中：所述金属盐溶液的浓度为0.1～1m。

10、作为本发明所述的金属微纳结构的制备方法一种优选方案，其中：所述半导体材料包括硅片或砷化镓中的一种。

11、作为本发明所述的金属微纳结构的制备方法一种优选方案，其中：所述电镀过程中使用恒流电源提供电场，电流密度为4～8a/m2。

12、作为本发明所述的金属微纳结构的制备方法一种优选方案，其中：所述电镀时间为10～45min。

13、本发明的另一目的是，克服现有技术中的不足，提供一种金属微纳结构。

14、本发明的再一目的是，克服现有技术中的不足，提供一种金属微纳结构在制备平面线圈微纳磁敏传感器中的应用。

15、本发明有益效果：

16、本发明结合扫描探针刻划与电镀工艺，实现单晶硅表面纳米划痕处选择性制备金属结构。扫描探针刻划是一种无模板、接触式机械去除方法，可用于制造高精度的微/纳米结构，同时通过控制刻划不同的微/纳米结构，可实现金属微纳结构的无模板定向高精度制备。以本发明制得的金属微纳结构作为金属基基传感元件(平面线圈磁敏传感单元、叉指电极等)的核心组成部分可以达到优于现有技术的效果。

技术特征：

1.一种金属微纳结构的制备方法，其特征在于：包括，

2.如权利要求1所述的金属微纳结构的制备方法，其特征在于：所述刻出划痕的过程中，最大接触压力为半导体材料硬度的1.0～1.5倍。

3.如权利要求1所述的金属微纳结构的制备方法，其特征在于：所述金属盐溶液包括硝酸银、硫酸镍或硫酸铜中的一种或两种。

4.如权利要求1所述的金属微纳结构的制备方法，其特征在于：所述金属盐溶液的浓度为0.1～1m。

5.如权利要求1所述的金属微纳结构的制备方法，其特征在于：所述半导体材料包括硅片或砷化镓中的一种。

6.如权利要求1所述的金属微纳结构的制备方法，其特征在于：所述电镀过程中使用恒流电源提供电场，电流密度为4～8a/m2。

7.如权利要求1所述的金属微纳结构的制备方法，其特征在于：所述电镀时间为10～45min。

8.如权利要求1～7任一所述的制备方法制得的金属微纳结构。

9.如权利要求8所述的金属微纳结构在制备平面线圈微纳磁敏传感器中的应用。

技术总结本发明公开了一种金属微纳结构及其制备方法和应用，属于金属微纳结构技术领域，包括，在经过预处理的半导体材料表面刻出划痕；再将半导体材料浸入金属盐溶液中进行电镀，即得到金属微纳结构。本发明结合扫描探针刻划与电镀工艺，实现单晶硅表面纳米划痕处选择性制备金属结构。扫描探针刻划是一种无模板、接触式机械去除方法，可用于制造高精度的微/纳米结构，同时通过控制刻划不同的微/纳米结构，可实现金属微纳结构的无模板定向高精度制备。以本发明制得的金属微纳结构作为金属基基传感元件(平面线圈磁敏传感单元、叉指电极等)的核心组成部分可以达到优于现有技术的效果。技术研发人员：辛明勇,徐长宝,冯起辉,高吉普,王宇,祝健杨,杨婧,何雨旻,汪明媚,古庭赟,邓松,欧阳广泽,李博文,张后谊,谈竹奎,吕黔苏,余丙军受保护的技术使用者：贵州电网有限责任公司技术研发日：技术公布日：2024/4/17