一种周期性金属纳米中空火山口结构模板及其制备方法和应用与流程

本发明属于有序微纳结构制备，具体涉及一种周期性金属纳米中空火山口结构模板及其制备方法和应用。

背景技术：

1、有序微纳结构在表面增强拉曼散射、光子晶体等方面有着重要的应用，而微纳结构的性能直接取决于其形貌和有序状态，因此制备大面积形貌可控的微纳结构显得尤为重要。

2、目前制备金属微纳结构的方法大多数为基于胶体球自组装模板进行制备，虽然该方法不需要使用复杂设备，但是其在自组装过程中受到许多因素影响，如旋涂法中旋涂仪的转速和微球溶液的浓度等、气液界面自组装法中器皿的稳定性和外界环境的风速等都会对微纳结构的制备产生一定的影响。并且后续结构的尺寸需要通过改变纳米球的直径来调整，由于不能直接改变也在某种程度上增加了工作量。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种周期性金属纳米中空火山口结构模板及其制备方法和应用，本发明提供的制备方法能够得到周期较好的纳米火山口结构模板，具有模板周期性良好，可一次性获得大尺寸结构，缺陷少且便于进行后续操作的特点；同时本发明提供的制备方法可以直接调整结构的尺寸，大幅减少缺陷的产生。

2、为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、本发明提供了一种周期性金属纳米中空火山口结构模板的制备方法，包括以下步骤：

4、(1)在基底上沉积一层金属膜层；

5、(2)在所述金属膜层上进行光刻处理，得到具有周期性光刻胶图形的衬底；

6、(3)对所述具有周期性光刻胶图形的衬底进行反应离子刻蚀处理，得到刻蚀后的衬底；

7、(4)将所述刻蚀后的衬底进行去胶处理，得到所述周期性金属纳米中空火山口结构模板。

8、优选的，所述金属膜层的材料包括金、银、铝或镍。

9、优选的，所述金属膜层的厚度为290～310nm。

10、优选的，所述金属膜层的表面粗糙度ra≤5nm。

11、优选的，所述反应离子刻蚀处理的条件包括：刻蚀角度为70～85°；氩气流量为5～10sccm；腔内压强为8×10-4pa；加速电压为180～200v；源极束流为150～180ma；刻蚀时间为60～300s。

12、优选的，所述去胶处理为干法氧化去胶处理，所述干法氧化去胶处理的条件包括：氧气流量为290～300sccm；功率为500～550w；腔内压强为60～62pa；去胶时间为10～15min。

13、优选的，所述光刻处理包括以下步骤：在所述金属膜层上旋涂光刻胶，然后依次进行曝光、后烘和显影；所述旋涂的转速为3200～3600rpm，旋涂的时间为25～30s；所述曝光的时间为30～40s；所述后烘的温度为110～200℃，时间为1～2min；所述显影的时间为80～90s。

14、本发明提供了上述技术方案所述的制备方法制备得到的周期性金属纳米中空火山口结构模板，包括基底和设置在所述基底表面的金属纳米中空火山口结构层，所述金属纳米中空火山口结构层由周期性分布的纳米中空火山口结构构成。

15、优选的，所述纳米中空火山口结构的尺寸为：火山口顶部的内径为200～250nm；外径为226～280nm；孔深为10～30nm；火山口底部的外径为485～550nm；任意相邻两个纳米中空火山口结构的间距为589～610nm。

16、本发明提供了上述技术方案所述的周期性金属纳米中空火山口结构模板在表面增强拉曼散射或光子晶体中的应用。

17、本发明提供了一种周期性金属纳米中空火山口结构模板的制备方法，包括以下步骤：(1)在基底上沉积一层金属膜层；(2)在所述金属膜层上进行光刻处理，得到具有周期性光刻胶图形的衬底；(3)对所述具有周期性光刻胶图形的衬底进行反应离子刻蚀处理，得到刻蚀后的衬底；(4)将所述刻蚀后的衬底进行去胶处理，得到所述周期性金属纳米中空火山口结构模板。本发明得到镀有金属膜层的基底后，在其上进行光刻处理，得到具有周期性结构的衬底。随后对该衬底进行反应离子刻蚀和去胶，即可得到周期较好的纳米火山口结构模板。本发明提供的制备方法可以直接调整结构的尺寸，大幅减少缺陷的产生。同时，使用本发明的方法制备的纳米火山口结构模板具有以下优点：模板周期性良好，可一次性获得大尺寸结构，缺陷少且便于进行后续操作。

18、综上，本发明提供的制备方法具有如下优势：

19、本发明借助半导体生产的方法得到带有周期性结构的衬底，大幅减少了使用纳米球模板制备工艺时的缺陷，使获得的结构模板在亚波长尺度上周期性良好。

20、本发明通过控制反应离子束刻蚀的条件直接调整所需结构的尺寸，缩短了制备时间，提升了加工效率。

技术特征：

1.一种周期性金属纳米中空火山口结构模板的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述金属膜层的材料包括金、银、铝或镍。

3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述金属膜层的厚度为290～310nm。

4.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述金属膜层的表面粗糙度ra≤5nm。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述反应离子刻蚀处理的条件包括：刻蚀角度为70～85°；氩气流量为5～10sccm；腔内压强为8×10-4pa；加速电压为180～200v；源极束流为150～180ma；刻蚀时间为60～300s。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述去胶处理为干法氧化去胶处理，所述干法氧化去胶处理的条件包括：氧气流量为290～300sccm；功率为500～550w；腔内压强为60～62pa；去胶时间为10～15min。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述光刻处理包括以下步骤：在所述金属膜层上旋涂光刻胶，然后依次进行曝光、后烘和显影；所述旋涂的转速为3200～3600rpm，旋涂的时间为25～30s；所述曝光的时间为30～40s；所述后烘的温度为110～200℃，时间为1～2min；所述显影的时间为80～90s。

8.权利要求1～7任一项所述的制备方法制备得到的周期性金属纳米中空火山口结构模板，其特征在于，包括基底和设置在所述基底表面的金属纳米中空火山口结构层，所述金属纳米中空火山口结构层由周期性分布的纳米中空火山口结构构成。

9.根据权利要求7所述的周期性金属纳米中空火山口结构模板，其特征在于，所述纳米中空火山口结构的尺寸为：火山口顶部的内径为200～250nm；外径为226～280nm；孔深为10～30nm；火山口底部的外径为485～550nm；任意相邻两个纳米中空火山口结构的间距为589～610nm。

10.权利要求8或9所述的周期性金属纳米中空火山口结构模板在表面增强拉曼散射或光子晶体中的应用。

技术总结本发明属于有序微纳结构制备技术领域，具体涉及一种周期性金属纳米中空火山口结构模板及其制备方法和应用。本发明得到镀有金属膜层的基底后，在其上进行光刻处理，得到具有周期性结构的衬底。随后对该衬底进行反应离子刻蚀和去胶，即可得到周期较好的纳米火山口结构模板。本发明借助半导体生产的方法得到带有周期性结构的衬底，大幅减少了使用纳米球模板制备工艺时的缺陷，使获得的结构模板在亚波长尺度上周期性良好。本发明通过控制反应离子束刻蚀的条件直接调整所需结构的尺寸，缩短了制备时间，提升了加工效率。技术研发人员：张晓旭受保护的技术使用者：杭州邦齐州科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/5