硅基纳米柱阵列的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种硅基纳米柱阵列的制备方法，包括：在硅片的表面上形成硅锥阵列，所述硅锥阵列包括若干个硅锥；在硅锥阵列的硅锥之间制备牺牲层；其中，所述牺牲层的顶端不超过硅锥阵列的顶端；在牺牲层和硅锥阵列上沉积金属，以在牺牲层的表面上形成第一金属层以及在硅锥阵列的表面上形成第二金属层；剥离牺牲层和第一金属层；以第二金属层为掩膜，刻蚀覆盖有第二金属层的硅片，得到硅基纳米柱阵列。根据本发明专利技术的硅基纳米柱阵列的制备方法，以覆盖在硅锥阵列表面上的第二金属层为掩膜，采用感应耦合等离子刻蚀工艺，交替使用SF

【技术实现步骤摘要】
硅基纳米柱阵列的制备方法
本专利技术属于硅纳米结构的制备
，具体地讲，涉及一种硅基纳米柱阵列的制备方法。
技术介绍
硅纳米柱、硅纳米线等在硅基表面上构筑的一维纳米结构，由于具有优异的载流子迁移性质以及高效的陷光效应，已经成功地被应用到了微电子学、传感器、生物监测器以及光电转换等诸多领域。对于有序的硅基纳米阵列结构，通常采用光学和电子束光刻、纳米压印和胶体晶粒刻蚀等制备方法来实现。其中，光学和电子束光刻方法需要昂贵的光学设备；纳米压印技术作为一种新的纳米结构的制备方法，其压印模板的制备过程同样采用电子束刻蚀的方法，成本较高，并且模板的周期和特征尺寸固定，利用率低下；而胶体晶粒刻蚀是利用聚苯乙烯纳米球在硅片表面自组装形成单层密排六方的掩膜层，然后进行干法刻蚀制备一维纳米阵列结构的方法，其特点在于可以选择相应的纳米球的直径制备不同尺寸，不同周期的纳米阵列结构，方法简单可行。专利申请CN102633230A公开了一种基于纳米球刻蚀技术制备硅纳米柱阵列的方法。该方法以聚苯乙烯纳米球为掩膜，采用感应耦合等离子刻蚀工艺，通过控制刻蚀和钝化步骤的比例，来制备硅基纳米阵列结构。该方法利用了BOSCH工艺(即交替使用SF6和C4F8进行刻蚀和钝化来实现硅深槽刻蚀的方法)能够控制刻蚀和钝化周期的特点，制备了硅纳米柱阵列；但是聚苯乙烯纳米球的不稳定性在刻蚀过程中仍然会带来不良的影响，因此以聚苯乙烯纳米球掩膜，不能够很好的控制硅纳米柱阵列的特征尺寸以及侧壁的形貌。
技术实现思路
为解决上述现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种硅基纳米柱阵列的制备方法，利用金属材质的掩膜，结合感应耦合等离子刻蚀工艺，并交替使用SF6和C4F8进行刻蚀和钝化，制备得到了硅基纳米柱阵列；该硅基纳米柱阵列中的纳米柱的直径以及阵列间距可调。为了达到上述专利技术目的，本专利技术采用了如下的技术方案：一种硅基纳米柱阵列的制备方法，包括：在硅片的表面上形成硅锥阵列，所述硅锥阵列包括若干个硅锥；在所述硅锥阵列的硅锥之间制备牺牲层；其中，所述牺牲层的顶端不超过所述硅锥阵列的顶端；在所述牺牲层和所述硅锥阵列上沉积金属，以在所述牺牲层的表面上形成第一金属层以及在所述硅锥阵列的表面上形成第二金属层；剥离所述牺牲层和所述第一金属层；以所述第二金属层为掩膜，刻蚀覆盖有所述第二金属层的硅片，得到硅基纳米柱阵列。进一步地，在所述硅片的表面上形成所述硅锥阵列的方法具体包括：对所述硅片进行亲水活化处理，使所述硅片的表面具有亲水性；在所述硅片的表面上制备纳米球阵列；以所述纳米球阵列为掩膜，刻蚀覆盖有所述纳米球阵列的硅片，以在所述硅片的表面上形成所述硅锥阵列。进一步地，所述纳米球阵列的材料为聚苯乙烯，和/或所述纳米球阵列中纳米球的直径为10nm～1000nm。进一步地，刻蚀覆盖有所述纳米球阵列的硅片、以及刻蚀覆盖有所述第二金属层的硅片的方法均采用感应耦合等离子刻蚀工艺，并交替使用SF6和C4F8进行刻蚀和钝化。进一步地，所述交替使用SF6和C4F8进行刻蚀和钝化的条件为：每刻蚀周期SF6的流量为1sccm～300sccm，O2的流量不超过50sccm，时间为1s～10s，离子源功率为500W～1500W，射频功率不超过50W，射频频率不超过500Hz，占空比不超过50％；每钝化周期C4F8的流量为1sccm～200sccm，时间为1s～10s，离子源功率为500W～1500W，射频功率不超过50W，射频频率不超过500Hz，占空比不超过50％；硅片基底温度为10℃～50℃，腔室压力为10mT～100mT。进一步地，所述第一金属层和所述第二金属层的厚度均为10nm～100nm；所述第一金属层和所述第二金属层的材料均选自Ti、Al、Ni、Au、Ge、Cr、Pt中的任意一种。进一步地，在所述硅锥阵列的硅锥之间制备所述牺牲层的方法具体包括：采用旋凃法涂覆牺牲层材料，在所述硅锥阵列的硅锥之间形成牺牲膜；采用氧等离子体刻蚀工艺减薄处理所述牺牲膜，在所述硅锥阵列的硅锥之间形成所述牺牲层；其中，所述牺牲层的顶端不超过所述硅锥阵列的顶端。进一步地，采用旋凃法在所述硅锥阵列的硅锥之间涂覆所述牺牲层材料的条件为：在200rpm～500rpm的转速下旋凃20s～60s，再在1000rpm～2000rpm的转速下旋凃20s～60s；采用氧等离子体刻蚀工艺减薄处理所述牺牲膜的条件为：O2的流量为5sccm～50sccm，射频功率为10W～300W，刻蚀温度为20℃～25℃，腔室压力为10mT～200mT。进一步地，所述牺牲层材料为聚甲基丙烯酸甲酯。进一步地，在所述硅片的表面上制备所述纳米球阵列的方法选自气液界面组装法、自然沉降法、旋凃法、垂直沉积法、对流自组装法、电泳辅助沉降法、胶体外延法中的任意一种。本专利技术的有益效果在于：(1)在制备硅基纳米柱阵列的过程中，采用纳米球阵列和第二金属层的双重掩膜进行刻蚀工艺，利用第二金属层的材料所具有高选择比以及刻蚀过程中性质稳定的特点，克服了在单独采用纳米球阵列为掩膜的刻蚀过程中，纳米球阵列的材料的选择比不高、性质不稳定的缺陷，使得制备得到的硅基纳米柱阵列具有高深宽比以及高质量侧壁形貌的特点；(2)在制备牺牲层的过程中，可以控制裸露于牺牲层上方的硅锥阵列中硅锥的母线长度，从而间接控制第二金属层对所述硅锥阵列的掩膜面积，以达到控制硅基纳米柱阵列中纳米柱的直径以及阵列间隙的目的，从而使得制备得到的硅基纳米柱阵列可应用于不同的领域；(3)通过调整纳米球阵列中纳米球的直径，可得到不同周期的硅锥阵列，相比其他如光学掩膜刻蚀工艺等用于制备硅锥阵列的方法，本专利技术具有方法简单、成本低廉的优点。附图说明通过结合附图进行的以下描述，本专利技术的实施例的上述和其它方面、特点和优点将变得更加清楚，附图中：图1是根据本专利技术的实施例1的覆盖有聚苯乙烯纳米球阵列的硅片的结构示意图；图2是根据本专利技术的实施例1的具有硅锥阵列的硅片的结构示意图；图3是根据本专利技术的实施例1的覆盖有牺牲膜的硅片的结构示意图；图4是根据本专利技术的实施例1的覆盖有牺牲层的硅片的结构示意图；图5是根据本专利技术的实施例1的覆盖有第一金属层和第二金属层的硅片的结构示意图；图6是根据本专利技术的实施例1的以第二金属层为掩膜的硅片的结构示意图；图7是根据本专利技术的实施例1的覆盖有第二金属层的硅基纳米柱阵列的结构示意图；图8是根据本专利技术的实施例1的硅基纳米柱阵列的结构示意图。具体实施方式以下，将参照附图来详细描述本专利技术的实施例。然而，可以以许多不同的形式来实施本专利技术，并且本专利技术不应该被解释为限制于这里阐述的具体实施例。相反，提供这些实施例是为了解释本专利技术的原理及其实际应用，从而使本领域的其他技术人员能够理解本专利技术的各种实施例和适合于特定预期应用的各种修改。在附图中，为了清楚起见，可以夸大元件的形状和尺寸，并且相同的标号将始终被用于表示相同或相似的元件。实施例1图1至图8是根据本专利技术的实施例1的硅基纳米柱阵列的制备方法的结构示意图，以下将参照图1至图8所示对根据本专利技术的实施例1的硅基纳米柱阵列的制备方法进行详细的描述。步骤一：对硅片1a进行亲水活化处理，使所述硅片1a的表面具有亲水性。在本实施例中，硅片1a呈底面直径为2寸的圆柱形，其厚度为400μm。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种硅基纳米柱阵列的制备方法，其特征在于，包括：在硅片的表面上形成硅锥阵列，所述硅锥阵列包括若干个硅锥；在所述硅锥阵列的硅锥之间制备牺牲层；其中，所述牺牲层的顶端不超过所述硅锥阵列的顶端；在所述牺牲层和所述硅锥阵列上沉积金属，以在所述牺牲层的表面上形成第一金属层以及在所述硅锥阵列的表面上形成第二金属层；剥离所述牺牲层和所述第一金属层；以所述第二金属层为掩膜，刻蚀覆盖有所述第二金属层的硅片，得到硅基纳米柱阵列。

【技术特征摘要】
1.一种硅基纳米柱阵列的制备方法，其特征在于，包括：在硅片的表面上形成硅锥阵列，所述硅锥阵列包括若干个硅锥；在所述硅锥阵列的硅锥之间制备牺牲层；其中，所述牺牲层的顶端不超过所述硅锥阵列的顶端；在所述牺牲层和所述硅锥阵列上沉积金属，以在所述牺牲层的表面上形成第一金属层以及在所述硅锥阵列的表面上形成第二金属层；剥离所述牺牲层和所述第一金属层；以所述第二金属层为掩膜，刻蚀覆盖有所述第二金属层的硅片，得到硅基纳米柱阵列。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述硅片的表面上形成所述硅锥阵列的方法具体包括：对所述硅片进行亲水活化处理，使所述硅片的表面具有亲水性；在所述硅片的表面上制备纳米球阵列；以所述纳米球阵列为掩膜，刻蚀覆盖有所述纳米球阵列的硅片，以在所述硅片的表面上形成所述硅锥阵列。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述纳米球阵列的材料为聚苯乙烯，和/或所述纳米球阵列中纳米球的直径为10nm～1000nm。4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，刻蚀覆盖有所述纳米球阵列的硅片、以及刻蚀覆盖有所述第二金属层的硅片的方法均采用感应耦合等离子刻蚀工艺，并交替使用SF6和C4F8进行刻蚀和钝化。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述交替使用SF6和C4F8进行刻蚀和钝化的条件为：每刻蚀周期SF6的流量为1sccm～300sccm，O2的流量不超过50sccm，时间为1s～10s，离子源功率为500W～1500W，射频功率不超过50W，射频频率不超过500Hz，占空比不超过50％；每钝化周期C4F8的流量为1sccm～200sccm，...

【专利技术属性】
技术研发人员：张建军，李丰，
申请(专利权)人：中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所，
类型：发明
国别省市：江苏,32