松树状金属纳米光栅的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种松树状金属纳米光栅的制备方法，包括以下步骤：提供一基底；在所述基底的表面设置一第一金属层，在所述第一金属层远离基底的表面设置一隔离层，在所述隔离层远离第一金属层的表面设置一第二金属层；在所述第二金属层远离隔离层的表面设置一图案化的第一掩模层；刻蚀所述第二金属层，得到多个三棱柱结构；刻蚀所述隔离层，得到多个第二长方体结构；刻蚀所述第一金属层，得到多个第一长方体结构；去除剩余的光刻胶，得到三维纳米光栅。

【技术实现步骤摘要】
松树状金属纳米光栅的制备方法
本专利技术涉及微纳米加工
，尤其涉及一种松树状金属纳米光栅的制备方法。
技术介绍
金、银的纳米结构在很多领域具有重要的应用，例如纳米光学、生化传感器、超高分辨成像的精密光学仪器、表面等离子学和表面等离子激元光刻等领域严格依赖金纳米结构。研究人员制备金银的纳米结构多是通过Lift-off工艺、FIB的milling或电化学等。然而这些方案或因为引入化学试剂，导致结构性质不理想，或很难实现特定形貌及非常小的纳米结构。制备一定面形的金、银纳米结构，具有很大的挑战性。在纳米结构的加工中，化学腐蚀决定于材料的化学性质，如硅可实现不同晶向的腐蚀速率不同，从而得到特定的三维纳米结构。然而，多数金属晶体很难实现化学腐蚀而得到特定的三维纳米结构。另外，干法刻蚀包括反应性离子刻蚀(reactionionetching,RIE)和离子束辅助自由基刻蚀(ICP)，它们的刻蚀决定于离子的作用面，在该面下优先被刻蚀，而相应的一面则被保护或刻蚀速率非常慢，即纵向的刻蚀选择比远大于侧向。在合理的刻蚀选择比下，可以实现特定形状的纳米结构。聚焦离子束诱导刻蚀(FIBIE)也是制备三维纳米结构的干法刻蚀技术之一，但只能在一定方向上实现刻蚀，如可以实现倾斜槽形结构，结构尺寸较大和刻蚀掩膜的特许要求，限制了其应用与发展。三维金的纳米结构尤其困难。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种松树状金属纳米光栅的制备方法。一种松树状金属纳米光栅的制备方法，包括以下步骤：提供一基底；在所述基底的表面设置一第一金属层，在所述第一金属层远离基底的表面设置一隔离层，在所述隔离层远离第一金属层的表面设置一第二金属层；在所述第二金属层远离隔离层的表面设置一图案化的第一掩模层；刻蚀所述第二金属层，得到多个三棱柱结构；刻蚀所述隔离层，得到多个第二长方体结构；刻蚀所述第一金属层，得到多个第一长方体结构；去除剩余光刻胶，得到三维纳米光栅。一种松树状金属纳米光栅制备方法，包括以下步骤：提供一基底；在所述基底的表面设置一第一金属层，在所述第一金属层远离基底的表面设置一第二金属层，所述第一金属层和第二金属层的材料不同；在所述第二金属层远离第一金属层的表面设置一图案化的第一掩模层；刻蚀所述第二金属层，得到多个三棱柱结构；刻蚀所述第一金属层，得到多个第一长方体结构；去除剩余光刻胶，得到三维纳米光栅。与现有技术相比，本专利技术通过最简单的反应性离子刻蚀(RIE)，制备一种形如松树状的纳米结构。不仅实现纵向和侧向各向异性刻蚀。同为纵向，也实现了各向异性刻蚀，从而实现了所需的纳米结构。而且在光刻胶/第二金属层杂化结构的表面沉积一第三金属层可以调节金属层的电荷分布，利于加工。通过计算发现，在近场和远场，松树型光栅都具有非常优越的光学特性。值得一提的是，这种光栅的栅线方向可以变换角度。同时这三层结构级联，实现场增强。附图说明图1为本专利技术第一实施例提供的松树状金属纳米光栅的结构示意图。图2为图1的松树状金属纳米结构沿线II-II的剖视图。图3为在基底上实施多个图案的松树状金属纳米光栅的结构示意图。图4为本专利技术第一实施例制备的三维纳米结构的分解图。图5为本专利技术第一实施例制备松树状金属纳米光栅的工艺流程图。图6为本专利技术第一实施例制备图案化的第一掩模层的工艺流程图。图7为本专利技术第一实施例制备的松树状金属纳米光栅的低倍扫描电镜照片。图8为本专利技术第一实施例制备的松树状金属纳米光栅的高倍扫描电镜照片。图9为本专利技术第二实施例制备松树状金属纳米光栅的工艺流程图。图10为本专利技术第三实施例提供的松树状金属纳米光栅的结构示意图。图11为本专利技术第四实施例提供的松树状金属纳米光栅的结构示意图。图12为本专利技术第四实施例制备松树状金属纳米光栅的工艺流程图。主要元件符号说明具体实施方式如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本专利技术。请参阅图1和图2，本专利技术第一实施例提供的松树状金属纳米光栅10包括一基底100以及设置于该基底100至少一表面的多个三维纳米结构110，所述三维纳米结构110为一松树状结构。所述基底100可以为绝缘基底或半导体基底。具体地，所述基底100的材料可以为硅、二氧化硅、氮化硅、石英、玻璃、氮化镓、砷化镓、蓝宝石、氧化铝或氧化镁等。所述基底100的大小、厚度和形状不限，可以根据实际需要选择。本实施例中，所述基底100的材料为石英。所述多个三维纳米结构110可在基底100的第一表面1002以直线、折线或曲线的形式并排延伸，且延伸的方向平行于所述基底100的第一表面1002。参见图3，所述“延伸方向”为平行于所述基底100的第一表面1002的任意方向。所述“并排”是指所述相邻的两个三维纳米结构110在延伸方向上任意相对位置具有相同的间距，该间距范围为0纳米～200米，所述多个三维纳米结构110的延伸方向可以是固定的也可以是变化的。所述延伸方向固定时，所述多个三维纳米结构110以直线的形式并排延伸。所述三维纳米结构110在延伸方向上可以是连续的也可以是间断的。当所述三维纳米结构110在延伸方向上连续时，所述三维纳米结构110以条带形方式并排延伸，且在垂直于该延伸方向上，所述多个三维纳米结构110的横截面均为形状和面积完全相同的松树形状。所述松树状结构为从基底100的第一表面1002向外延伸的松树状凸起。具体地，所述松树状凸起包括一第一长方体结构121，一第二长方体结构131以及一三棱柱结构141。所述第一长方体结构121包括一第一上表面1212，所述第一上表面1212为第一长方体结构121远离基底100的表面，所述第二长方体结构131设置在该第一上表面1212；所述第二长方体结构131包括一第二上表面1312，所述第二上表面1312为第二长方体结构131远离第一长方体结构121的表面，所述三棱柱结构141设置在该第二上表面1312。三者的几何中心在同一轴线上。所述第一长方体结构121和三棱柱结构141均为一金属层，所述第二长方体结构131起到隔离第一长方体结构121和三棱柱结构141的作用。参见图4，所述三棱柱结构141包括相对的两个大小和形状相同的第一三角形端面1410和第二三角形端面1412，以及连接第一三角形端面1410和第二三角形端面1412的第一矩形侧面1414，第二矩形侧面1416以及第三矩形底面1418。所述第一三角形端面1410和第二三角形端面1412点对点相对设置，以及相同的边相对设置。进一步的，所述第一三角形端面1410和第二三角形端面1412均为一等腰三角形结构。所述第三矩形底面1418贴合于第二长方体结构131的第二上表面1312设置。所述第一长方体结构121的侧面垂直于基底100的第一表面1002。所述第二长方体结构131的侧面垂直于第一长方体结构121的第一上表面1212，即垂直于基底100的第一表面1002。在垂直于延伸方向上，所述第一长方体结构121的宽度d1为5纳米～400米，高度h1为20米～500纳米。优选地所述第一长方体结构121的宽度d1为12纳米～320纳米，高度h1为50～200米。本实施例中，所述第一长方体结构121的宽度d1为50纳米，高度h1为100米。所述第二长方体结构131的宽度d2为50纳米～450纳米，高度h2本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种松树状金属纳米光栅的制备方法，包括以下步骤：提供一基底；在所述基底的表面设置一第一金属层，在所述第一金属层远离基底的表面设置一隔离层，在所述隔离层远离第一金属层的表面设置一第二金属层；在所述第二金属层远离隔离层的表面设置一图案化的第一掩模层，所述图案化的第一掩模层包括一本体以及由本体定义的多个平行且间隔设置开口；以及同时干法刻蚀图案化的第一掩模层和第二金属层，得到多个三棱柱结构；以多个三棱柱结构为掩模干法刻蚀所述隔离层，得到多个第二长方体结构；以多个三棱柱和第二长方体结构为掩模干法刻蚀所述第一金属层，得到多个第一长方体结构。

【技术特征摘要】
1.一种松树状金属纳米光栅的制备方法，包括以下步骤：提供一基底；在所述基底的表面设置一第一金属层，在所述第一金属层远离基底的表面设置一隔离层，在所述隔离层远离第一金属层的表面设置一第二金属层；在所述第二金属层远离隔离层的表面设置一图案化的第一掩模层，所述图案化的第一掩模层包括一本体以及由本体定义的多个平行且间隔设置开口；以及同时干法刻蚀图案化的第一掩模层和第二金属层，得到多个三棱柱结构；以多个三棱柱结构为掩模干法刻蚀所述隔离层，得到多个第二长方体结构；以多个三棱柱和第二长方体结构为掩模干法刻蚀所述第一金属层，得到多个第一长方体结构。2.如权利要求1所述的松树状金属纳米光栅的制备方法，其特征在于，所述第一金属层的厚度为20纳米～500纳米，所述隔离层的厚度为5纳米～100纳米，所述第二金属层的厚度为40纳米～800纳米；所述第一金属层和第二金属层的材料为金、银、铜和铝中的一种或多种，所述隔离层的材料为Cr、Ta、Ta2O5、TiO2、Si、SiO2中的一种或多种。3.如权利要求1所述的松树状金属纳米光栅的制备方法，其特征在于，所述干法刻蚀图案化的第一掩模层和第二金属层的刻蚀气体为物理性刻蚀气体和反应性刻蚀气体的混合气体，所述物理性刻蚀气体的体积流量为20sccm～300sccm，所述反应性刻蚀气体的体积流量为2sccm～20sccm，刻蚀系统的压强为16Pa～180Pa，刻蚀系统的功率为11W～420W，刻蚀时间为5sec～3min。4.如权利要求1所述的松树状金属纳米光栅的制备方法，其特征在于，所述刻蚀隔离层的刻蚀气体为O2和Cl2的混合气体，所述O2的体积流量为3sccm～35sccm，Cl2的体积流量为6sccm～200sccm，系统的...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱振东，李群庆，范守善，
申请(专利权)人：清华大学，鸿富锦精密工业深圳有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11