一种纳米间隙的制备方法技术

本发明专利技术提供了一种纳米间隙的制备方法，包括如下步骤：提供一基底，在基底的表面处施加第一光刻胶层，并得到第一光刻胶图形；按照第一光刻胶图形在基底处沉积第一材料，或者将基底刻蚀预定深度；去除第一光刻胶层，以获得具有第一厚度的第一材料层，或者以获得由基底自身形成的凸起层；以预定入射角度沉积具有第二厚度的第二材料，以在第一材料层和第二材料层之间形成纳米间隙；其中，通过调节第一材料层的第一厚度以及预定入射角度，以改变纳米间隙的尺寸。本发明专利技术的制备方法能够使得纳米间隙的间隙尺寸在纳米范围内精确可控，并获得任意需要的间隙尺寸的纳米间隙，尤其可以获得小于5nm的纳米间隙。而且本发明专利技术适用于纳米间隙的大面积制备。

【技术实现步骤摘要】
一种纳米间隙的制备方法
本专利技术涉及二维微纳器件
，特别是涉及一种纳米间隙的制备方法。
技术介绍
随着光学和电子学的持续发展，由于纳米间隙能够产生较强的场增强效应和新奇的电荷输运特性，因此其在制备光学器件以及分子器件等方面具有非常重要的应用。在光谱领域，纳米间隙由于具有局限光的能力，使得间隙中的光场与光源本身的强度有量级上的差别，这就使得间隙中的待测分子能够产生成倍的光谱响应。而且越小的纳米间隙具有越强的光局域效应。在分子器件中，纳米间隙的大小更是直接影响了制作分子器件的成功率，只有小于5nm的间隙才适合分子器件的制作。通常纳米间隙是通过电子束曝光工艺来实现的，但是由于电子束曝光工艺的仪器分辨率的限制，制备的纳米间隙一般在20纳米，甚至20纳米以上。而现有分子器件等精密仪器中所使用的纳米间隙一般是通过机械断裂等方式制备的。机械断裂的方式虽然适合制备纳米量级的间隙，却不满足大面积的制备的要求，从而限制了纳米间隙的应用。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是要提供一种纳米间隙的制备方法，通过通常的光刻工艺以获得任意需要的间隙尺寸的纳米间隙，并且，所述纳米间隙适用于大面积的制备。本专利技术一个进一步的目的是要使得纳米间隙的间隙尺寸小于5nm，并且间隙尺寸能够按照需求在纳米范围内精确可控。特别地，本专利技术提供了一种纳米间隙的制备方法，包括如下步骤：提供一基底，在所述基底的表面处施加第一光刻胶层，并按照第一预定图形形成第一光刻胶图形；按照所述第一光刻胶图形在所述基底处沉积第一材料，或者按照所述第一光刻胶图形将所述基底刻蚀预定深度；去除所述第一光刻胶层，以获得由所述第一材料在所述基底的表面形成的与所述第一光刻胶图形对应的第一材料层，所述第一材料层具有第一厚度，或者以获得由所述基底自身形成的凸起层；以预定入射角度在具有第一材料层或凸起层的所述基底处沉积第二材料，以形成具有第二厚度的第二材料层，以在所述第一材料层和所述第二材料层之间形成所述纳米间隙；其中，通过调节所述第一材料层的第一厚度以及所述预定入射角度，以改变所述纳米间隙的尺寸。进一步地，形成具有第二厚度的第二材料层的方法还包括：在具有第一材料层或凸起层的所述基底处施加第二光刻胶层，并按照第二预定图形形成第二光刻胶图形；以所述预定入射角度按照所述第二光刻胶图形在具有第一材料层或凸起层的所述基底处沉积第二材料；去除所述第二光刻胶，以获得由所述第二材料形成的与所述第二光刻胶图形对应的第二材料层，所述第二材料层具有第二厚度。进一步地，所述纳米间隙的尺寸小于5nm。进一步地，所述第一材料层的侧面相对垂直于所述基底的表面。进一步地，所述基底采用的材料选自硅、二氧化硅、蓝宝石中的一种。进一步地，所述第一光刻胶层或所述第二光刻胶层采用的材料选自PMMA、ZEP、AZ中的一种。进一步地，所述第一材料选自金属材料金、银、铬中的一种；或选自介质材料ITO、氧化铝中的一种；或选自半导体材料氧化锌、氧化镓中的一种；优选地，所述第二材料选自金属材料金、银、铬中的一种；或选自介质材料ITO、氧化铝中的一种；或选自半导体材料氧化锌、氧化镓中的一种。进一步地，所述第一材料与所述第二材料采用相同的材料。进一步地，所述第一材料与所述第二材料采用不同的材料。进一步地，所述第一厚度不小于所述第二厚度。本专利技术的纳米间隙的制备方法，利用方向性好的镀膜设备在基底表面进行沉积，并且控制第二材料沉积时的入射角度。第二材料在沉积时与第一材料在基底形成的第一材料层或者基底自身形成的凸起层具有预定入射角度，因此，第二材料不会在与第一材料层或凸起层构成的阴影区域形成沉积，从而第一材料层与第二材料层之间形成纳米间隙，或者凸起层与第二材料层之间形成间隙。通过上述方式制备得到的纳米间隙的间隙尺寸小于5nm。并且通过本专利技术的方法，能够实现亚5纳米间隙的大面积的制备。进一步地，本专利技术的制备方法通过控制入射角度，能够使得纳米间隙的间隙尺寸在纳米范围内精确可控。进一步地，本专利技术的方法具有工艺灵活、可控性好、低成本和可大面积制备等特点，并且所制备的纳米间隙的结构、形貌、尺寸、周期具有可设计、材料种类多、新奇功能与物性的特点。根据下文结合附图对本专利技术具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本专利技术的上述以及其他目的、优点和特征。附图说明后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本专利技术的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：图1是根据本专利技术一个实施例的一种纳米间隙的制备方法的流程图；图2是根据本专利技术另一个实施例的一种纳米间隙的制备方法的流程图；图3是按照本专利技术实施例1制备的纳米线上，大长度的纳米间隙的扫描电子显微镜照片；图4是按照本专利技术实施例2制备的纳米线上，交叉带电极的纳米间隙的扫描电子显微镜照片。图中各符号表示的含义是：1、第一光刻胶层，2、基底，3、第一材料层，4、第二材料层。具体实施方式本专利技术的一种纳米间隙的制备方法，利用传统的微加工工艺在基底表面制备图案，然后利用选择性的刻蚀工艺或离子注入工艺在基底上形成材料的凸起。接着，本专利技术的制备方法利用方向性好的物理沉积工艺通过材料的倾角入射，材料沉积时与所述凸起具有预定的入射角度，因此在基底上具有材料不能达到的阴影区域，从而材料与所述凸起之间形成了纳米间隙。具体地，纳米间隙的制备方法通过通常的光刻工艺以获得间隙尺寸小于5nm的纳米间隙，具有以下步骤。首先，提供一基底，在所述基底的表面处施加第一光刻胶层，并按照第一预定图形形成第一光刻胶图形。所述基底采用的材料选自硅、二氧化硅、蓝宝石中的一种。所述基底还可以采用在平面上进行加工的带有薄膜材料的任意平面基底。而所述光刻胶层采用的材料选自电子束光刻胶PMMA(PolymethylMethacrylate)、ZEP(modifiedPMMA)中的一种；或紫外光刻胶AZ。现有技术中将光刻胶层施加到所述基底处的方案是通过旋涂实现的。现有技术中详细披露了光刻技术。光刻技术的原理是光刻胶层在曝光(采用特定光波)后可以被特定溶液(显影液)溶解。具体地，光刻技术使特定光波穿过光掩膜照射在光刻胶上，对光刻胶进行选择性照射(曝光)，然后使用显影液，溶解掉被特定光波照射过的光刻胶层区域。这样，光掩模上的图形就呈现在光刻胶层上。通常还将通过烘干措施，改善剩余部分光刻胶层的一些性质。本专利技术中光刻工艺可以是电子束光刻、紫外光刻、聚焦离子束刻蚀等工艺。然后，按照所述第一光刻胶图形在所述基底处沉积第一材料，或者按照所述第一光刻胶图形将所述基底刻蚀预定深度。所述第一材料选自金属材料金、银、铬中的一种；或选自介质材料ITO、氧化铝中的一种；或选自半导体材料氧化锌、氧化镓中的一种。并且第一厚度可以根据制备过程中的需求进行调整。同理，预定深度也可以根据制备过程中的需求进行调整。在本专利技术的一个实施例中，物理沉积的原理是利用高温热源(电阻、电弧、高频电场或等离子体等)将原料加热至高温，使之气化或形成等离子体，然后在基体上冷却凝聚成各种形态的材料(单晶、薄膜、晶粒等)。因此，在物理沉积过程中，采用的沉积设备可以是热蒸发设备、电子束沉积设备、脉冲激光沉积设备等。通过沉积过程，所述第一材料能本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纳米间隙的制备方法，包括如下步骤：提供一基底，在所述基底的表面处施加第一光刻胶层，并按照第一预定图形形成第一光刻胶图形；按照所述第一光刻胶图形在所述基底处沉积第一材料，或者按照所述第一光刻胶图形将所述基底刻蚀预定深度；去除所述第一光刻胶层，以获得由所述第一材料在所述基底的表面形成的与所述第一光刻胶图形对应的第一材料层，所述第一材料层具有第一厚度，或者以获得由所述基底自身形成的凸起层；以预定入射角度在具有第一材料层或凸起层的所述基底处沉积第二材料，以形成具有第二厚度的第二材料层，以在所述第一材料层和所述第二材料层之间形成所述纳米间隙；其中，通过调节所述第一材料层的第一厚度以及所述预定入射角度，以改变所述纳米间隙的尺寸。

【技术特征摘要】
1.一种纳米间隙的制备方法，包括如下步骤：提供一基底，在所述基底的表面处施加第一光刻胶层，并按照第一预定图形形成第一光刻胶图形；按照所述第一光刻胶图形在所述基底处沉积第一材料，或者按照所述第一光刻胶图形将所述基底刻蚀预定深度；去除所述第一光刻胶层，以获得由所述第一材料在所述基底的表面形成的与所述第一光刻胶图形对应的第一材料层，所述第一材料层具有第一厚度，或者以获得由所述基底自身形成的凸起层；以预定入射角度在具有第一材料层或凸起层的所述基底处沉积第二材料，以形成具有第二厚度的第二材料层，以在所述第一材料层和所述第二材料层之间形成所述纳米间隙；其中，通过调节所述第一材料层的第一厚度以及所述预定入射角度，以改变所述纳米间隙的尺寸。2.根据权利要求1所述的制备方法，其中，形成具有第二厚度的第二材料层的方法还包括：在具有第一材料层或凸起层的所述基底处施加第二光刻胶层，并按照第二预定图形形成第二光刻胶图形；以所述预定入射角度按照所述第二光刻胶图形在具有第一材料层或凸起层的所述基底处沉积第二材料；去除所述第二光刻胶，以获得由所述第二材料形成的与所述第二光刻胶图形对应的第二材料...

【专利技术属性】
技术研发人员：李俊杰，潘如豪，刘哲，全保刚，顾长志，
申请(专利权)人：中国科学院物理研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11