一种金属纳米线的制备方法技术

本发明专利技术一种金属纳米线的制备方法，包括如下步骤：步骤A：制备多层胶结构，所述多层胶结构从下至上依次为衬底(1)、第一光刻胶层(2)、金属插层(3)和第二光刻胶层(4)；步骤B：采用激光干涉曝光技术在所述第二光刻胶层(4)制备纳米光刻胶光栅图形；步骤C：将所述第二光刻胶层(4)的纳米光刻胶光栅图形反转至所述第一光刻胶层(2)；步骤D：在所述第一光刻胶层(2)的纳米光刻胶光栅图形的基础上制备金属纳米线。该方法能够大面积制备大高宽比的精细金属纳米线，成本低、效率高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于纳米加工
，尤其涉及一种金属纳米线的制备方法。
技术介绍
纳米加工技术是纳米技术中最重要的基础技术，纳米加工技术水平很大程度上依赖于光刻胶的灵敏度和分辨率。较薄的光刻胶不仅可以提高光刻的分辨率同时也可以缩短光刻周期，而较厚的光刻胶有利于光刻制备胶图形向后续工艺的转移。目前，金属纳米线的制备方法主要有刻蚀技术和剥离技术，相比于刻蚀技术，剥离技术可以制备出多种不同的金属纳米线，同时很容易制备多层金属的纳米线。利用剥离方法制备金属纳米线的关键是制备出具有大占空比厚胶纳米条纹图形。而现有的制备大占空比厚胶纳米条纹图形的方法都采用电子束曝光技术和纳米压印技术，但这两种技术的设备昂贵、需要外设掩模、效率低、不适于大面积制备。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺陷，提供一种金属纳米线的制备方法，包括如下步骤：步骤A：制备多层胶结构，所述多层胶结构从下至上依次为衬底、第一光刻胶层、金属插层和第二光刻胶层；步骤B：采用激光干涉曝光技术在所述第二光刻胶层制备纳米光刻胶光栅图形；步骤C：将所述第二光刻胶层的纳米光刻胶光栅图形反转至所述第一光刻胶层；步骤D：在所述第一光刻胶层的纳米光刻胶光栅图形的基础上制备金属纳米线。根据本专利技术的制备方法，优选地，所述步骤C还包括如下子步骤：a)在所述第二光刻胶层的纳米光刻胶光栅图形上制备钼金属层；b)剥离所述第二光刻胶层制备反转的钼金属纳米光栅图形；c)将所述钼金属纳米光栅图形转移至所述第一光刻胶层。根据本专利技术的制备方法，优选地，所述第一光刻胶层的厚度为300nm-900nm。根据本专利技术的制备方法，优选地，所述金属插层为金插层、镍插层或铜插层。根据本专利技术的制备方法，优选地，所述第二光刻胶层的厚度为70nm～120nm。根据本专利技术的制备方法，优选地，所述步骤B还包括将所述第二光刻胶层的纳米光刻胶光栅图形进行泛曝光的步骤。根据本专利技术的制备方法，优选地，所述钼金属层的厚度为8～20nm。根据本专利技术的制备方法，优选地，在子步骤b)中，采用正胶显影液剥离所述第二光刻胶层。根据本专利技术的制备方法，优选地，在子步骤c)中，采用干法刻蚀技术或湿法刻蚀技术将所述钼金属纳米光栅图形转移至所述第一光刻胶层。根据本专利技术的制备方法，优选地，在步骤D中，采用剥离技术制备金属纳米线。本专利技术采用干涉曝光技术与剥离技术、刻蚀技术相结合，以多层胶结构为基础制备大占空比、周期可调的厚胶图形，从而制备大面积、大高宽比的精细金属纳米线。该方法能够满足人们对金属纳米线结构尺度的需求，能够实现大面积制备，并且加工成本低、效率高、分辨率高。附图说明以下参照附图对本专利技术实施例作进一步说明，其中：图1为本专利技术实施例的多层胶结构的剖面示意图；图2为本专利技术实施例的第二光刻胶层的纳米光栅图形的剖面结构示意图；图3是本专利技术实施例的纳米光栅图形上沉积钼金属层之后的剖面结构示意图；图4是根据本专利技术实施例的将纳米光栅图形反转至钼金属层的剖面结
构示意图；图5为第一光刻胶层上的纳米图形结构的剖面示意图；图6为本专利技术的金属纳米线的剖面示意图；图7为根据本专利技术的第一实施例的刻蚀第一光刻胶后的图形的扫描电子显微镜(SEM)照片；图8为根据本专利技术的第二实施例的刻蚀第一光刻胶后的图形的扫描电子显微镜(SEM)照片；图9为根据本专利技术的第二实施例的铜金属纳米线的扫描电子显微镜(SEM)照片。具体实施方式为了使本专利技术的目的，技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图通过具体实施例对本专利技术进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。干涉曝光是一种无掩膜光刻技术，可以获得大面积周期可调的图形，为了充分利用干涉曝光技术成本低、周期可调、可大面积制备的特点，本专利技术采用多层胶结构结合干涉曝光技术获得大占空比的厚胶图形，从而制备大高宽比的精细金属纳米线。本专利技术的方法是：首先采用干涉曝光技术在上层的薄胶上制备小占空比的纳米光栅图形，然后将该小占空比的纳米光栅图形反转至下层的厚胶上，从而得到大占空比的厚胶纳米光栅图形，最后基于大占空比的厚胶纳米光栅图形制备金属纳米线。该方法成本低，容易实现大面积制备。第一实施例第一实施例提供了周期为640nm的金属纳米线的制备方法，包括如下步骤：步骤一：制备多层胶结构：参照图1所示的多层胶结构的剖面示意图，首先采用旋涂方法在蓝宝石衬底1上旋涂厚度为450nm的第一光刻胶层2，在120℃对第一光刻胶层2烘烤40分钟，然后，采用热蒸发(TD)方法以1.8nm/min的速率在第一光刻胶层2上沉积30nm的金(Au)插层3，最后在金(Au)插层3上旋涂厚度为70nm的AR3840正胶的第二光刻胶层4；步骤二：采用激光干涉曝光技术制备纳米光刻胶光栅图形：用325nm的He-Cd激光器作为光源，采用激光干涉曝光(LIL)技术，其中，激光干涉图样的周期640nm，到达样品表面的光功率密度为0.05mW/cm2，曝光400秒，显影20秒，在第二光刻胶层4制备周期为640nm、占空比为40％的纳米光刻胶光栅图形，如图2所示。图2是第二光刻胶层4的纳米光栅图形的剖面示意图。然后，可选择地，采用功率密度为0.8W/cm2的汞灯将得到的样品进行10-20秒的泛曝光；步骤三：制备钼金属层：利用电子束蒸发沉积以8nm/min的沉积速率在步骤二得到的纳米光刻胶图形上沉积8-15nm厚的钼金属层5，如图3所示。图3是纳米光栅图形上沉积钼金属层之后的剖面结构示意图；步骤四：剥离第二光刻胶层4得到反转的钼金属纳米光栅图形：将步骤三得到的样品在正胶显影液中浸泡5分钟后，用去离子水清洗样品得到反转的占空比为60％的钼纳米图形，如图4所示。图4是将纳米光刻胶光栅图形反转至钼金属层后的剖面结构示意图；步骤五：采用反应离子刻蚀技术(RIE)将步骤四得到的钼纳米光栅图形转移到金插层3，再进一步用金插层3作为掩膜刻蚀第一光刻胶层2，从而将纳米光栅图形转移到第一光刻胶层2，如图5和图7所示。图5为第一光刻胶层2上的纳米图形结构的剖面示意图，图7为450nm厚的第一光刻胶上的占空比为60％的纳米图形的扫描电子显微镜(SEM)照片；其中，用Ar气RIE刻蚀金插层3，刻蚀参数为：Ar气流量40sccm，功率100W，反应室压强30mtorr，刻蚀时间5分钟，然后用氧气RIE刻蚀第一光刻胶层2，刻蚀参数为：O2流量10sccm，功率120W，反应室压强7mtorr，刻蚀时间10分钟；步骤六：采用剥离技术制备镍金属纳米线：采用电子束蒸镀方法在步骤五得到的样品上蒸镀镍(Ni)金属层6，然后用20％的KOH溶液浸泡3分钟，然后用去离子水清洗得到镍金属纳米线，如图6所示。图6是本专利技术的金属纳米线的剖面示意图。第二实施例第二实施例提供了周期为450nm的金属纳米线的制备方法，包括如下步
骤：步骤一：制备多层胶结构：参照图1所示的多层胶结构的剖面示意图，首先采用旋涂方法在碳化硅衬底1上旋涂厚度为550nm的第一光刻胶层2，在150℃对第一光刻胶层2烘烤20分钟，然后，采用电子束沉积(EBV)方法以1.8nm/min的速率在第一光刻胶层2上制备30nm的镍(Ni)插层3，最后在镍(Ni)插层3上旋涂厚度为12本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种金属纳米线的制备方法，包括如下步骤：步骤A：制备多层胶结构，所述多层胶结构从下至上依次为衬底(1)、第一光刻胶层(2)、金属插层(3)和第二光刻胶层(4)；步骤B：采用激光干涉曝光技术在所述第二光刻胶层(4)制备纳米光刻胶光栅图形；步骤C：将所述第二光刻胶层(4)的纳米光刻胶光栅图形反转至所述第一光刻胶层(2)；步骤D：在所述第一光刻胶层(2)的纳米光刻胶光栅图形的基础上制备金属纳米线。

【技术特征摘要】
1.一种金属纳米线的制备方法，包括如下步骤：步骤A：制备多层胶结构，所述多层胶结构从下至上依次为衬底(1)、第一光刻胶层(2)、金属插层(3)和第二光刻胶层(4)；步骤B：采用激光干涉曝光技术在所述第二光刻胶层(4)制备纳米光刻胶光栅图形；步骤C：将所述第二光刻胶层(4)的纳米光刻胶光栅图形反转至所述第一光刻胶层(2)；步骤D：在所述第一光刻胶层(2)的纳米光刻胶光栅图形的基础上制备金属纳米线。2.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述步骤C还包括如下子步骤：a)在所述第二光刻胶层(4)的纳米光刻胶光栅图形上制备钼金属层(5)；b)剥离所述第二光刻胶层(4)制备反转的钼金属纳米光栅图形；c)将所述钼金属纳米光栅图形转移至所述第一光刻胶层(2)。3.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述第一光刻...

【专利技术属性】
技术研发人员：房育涛，戴隆贵，乐艮，贾海强，陈弘，
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