一种制备多孔纳米铜结构的方法技术

本发明专利技术公开了一种制备多孔纳米铜结构的方法。本发明专利技术首先清洗沉积样品的Si衬底，然后将衬底放置在样品架上，样品架与靶表面平行并且相距55mm。当真空腔内本底气压低于6×10－6mbar时，通入混合气体，从而溅射铜靶；溅射镀膜后，将Cu3N薄膜样品取出并放入SEM样品室，抽真空，选择电子束曝光模式，调节电子束聚焦，使电子束束斑控制在1微米左右，对Cu3N薄膜选定区域进行电子束曝光。最后启用SEM扫描模式，对曝光区进行SEM成像，根据SEM扫描图像结果，调节曝光参数，直到出现预期多孔纳米铜结构为止。本发明专利技术能有效地形成预期纳米多孔铜结构，纳米多孔铜结构具有纳米级的粗糙表面，具有产生“热点”的可能性。

A method for preparing porous nano copper structure

The invention discloses a method for preparing porous nano copper structure. The invention first cleans the Si substrate of the deposited sample, and then places the substrate on the sample rack, which is parallel to the target surface and is 55mm apart. When the background pressure in the vacuum chamber is lower than 6 10-6 mbar, the mixed gas is introduced to sputter the copper target; after sputtering, the Cu3N film sample is taken out and put into the SEM sample chamber, vacuum is pumped, the electron beam exposure mode is selected, the electron beam focusing is adjusted, the beam spot is controlled at about 1 micron, and the selected area of the Cu3N film enters. Electron beam exposure. Finally, the scanning mode of SEM is enabled to image the exposed area by SEM. According to the scanning results of SEM, the exposure parameters are adjusted until the expected porous nano-copper structure appears. The present invention can effectively form the expected nanoporous copper structure. The nanoporous copper structure has nano-scale rough surface and has the possibility of producing \hot spot\.

【技术实现步骤摘要】
一种制备多孔纳米铜结构的方法
本专利技术属于半导体薄膜制备领域，特别是涉及一种制备多孔纳米铜结构的方法。
技术介绍
具有反ReO3结构、低分解温度的氮化亚铜(Cu3N)半导体材料，在光信息存储和大规模集成电路方面具有非常光明的应用前景。最近，该材料被报道亦可用于自旋电子器件、太阳能电池、燃料电池、磁隧道结等领域，因而该体系在国际上广受关注。Cu3N稳定性很差，分解温度在100－470℃之间，Cu3N半导体薄膜在电子束或激光束短时间曝光后,由于热效应会迅速局域分解,会留下一条金属线或者形成一系列金属点，正是热稳定性差为其带来了许多新颖的、非常有价值的应用，主要是在硬电子学、微纳图形化结构制作、光信息存储等领域。采用电子束或激光束曝光分解后的金属铜容易被氧化，因此目前关于分解产物的研究主要集中在产物的成分是否金属铜上，对于分解产物更深入更细节的研究还为之甚少。
技术实现思路
本专利技术在保证分解产物是金属铜的基础上，提供一种制备多孔纳米铜结构的方法。多孔纳米铜结构是一种非常有潜力的表面增强拉曼散射基底材料，好的基底材料可用于单个分子拉曼信号探测。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案具体包括如下步骤：步骤1.将用于沉积样品的Si衬底依次用洗洁精、丙酮、无水酒精和去离子水各超声清洗15分钟，待用；步骤2.将清洗好的Si衬底放置在磁控溅射的样品台上，其中第一个样品台为空，其他三个样品台放置Si衬底；并将铜靶当前位置对准第一个样品台；四个样品台与铜靶表面均设置在真空腔内，且样品台与铜靶表面平行并且相距55mm-60mm；步骤3.关腔门，抽真空；当真空腔内本底真空气压低于6×10－6mbar时，向真空腔内通入流速为20-40sccm的混合气体，混合气体包括氮气和氩气，且氮气和氩气的流量比为20:1-5：1；调节插板阀的开度，从而调节真空腔内的工作气压，使得工作气压保持在0.8-1.2Pa；步骤4.打开射频源，预热5-10分钟，开启射频，增加射频功率至预溅射功率，预溅射功率为50-150W；观察真空腔内是否起辉；若起辉，则跳转到步骤5，若没有起辉，则继续增加预溅射功率，若预溅射功率为150W扔没起辉，则增加氩气含量，直至起辉，然后跳转至步骤5；步骤5.调节混合气体的比例，将氩气的流量将为0，同时增加氮气流量，保持中流量不变；预溅射镀膜30min，从而稳定真空腔内等离子体，同时清洗铜靶表面；步骤6.旋转样品台，将铜靶当前位置对准第二个样品台，溅射镀膜5-30min后；然后再旋转样品台，直至第三个样品台与第四个样品台都完成溅射镀膜；步骤7.再次旋转样品台，将铜靶当前位置对准第一个样品台，降低射频功率，关闭射频加载并停止通入氮气；2-3分钟后关闭射频源电源；开腔，将三个样品台上的Cu3N薄膜样品取出；步骤8.将Cu3N薄膜样品放入SEM样品室，抽真空，选择电子束曝光模式，调节电子束聚焦，使电子束束斑控制在200nm-1000nm，对Cu3N薄膜选定区域进行电子束曝光；所述的电子束曝光的能量为10Kev-15Kev，电子束曝光的时间为15min-35分钟；步骤9.曝光结束后，启用SEM扫描模式，对曝光区进行SEM成像，观测曝光后形貌；若形貌不是预期的多孔纳米铜结构，则重复步骤8，并调节步骤8中的曝光参数，即调整电子束束斑大小、电子束曝光的能量和时间，直至曝光后形貌为预期多孔纳米铜结构。所述的铜靶中铜含量大于等于99.99％。所述的氮气和氩气的纯度均大于等于99.99％。所述的预溅射过程中，第一个样品台与铜靶之间不设置挡板。所述的电子束曝光的能量优选为5Kev-15Kev，最佳为10Kev；电子束曝光的时间优选为15min-35分钟，最佳为30分钟。所述的溅射镀膜时间优选为15-20min。所述的将清洗好的Si衬底先放置于CVD中，通甲烷，高温沉积石墨烯，然后再将沉积有石墨烯的衬底放置在磁控溅射的样品台上。本专利技术通过磁控溅射在Si衬底上制备了Cu3N薄膜，利用SEM样品对样品进行电子束曝光，最终形成纳米多孔铜结构。拉曼实验的结果表明纳米多孔铜结构实现了拉曼增强，是一种具有潜力的SERS基底材料。本专利技术有益效果如下：本方法弥补了现有技术的不足，提供了是一种制备多孔纳米铜结构的方法，避免了Cu3N薄膜分解后铜产物的氧化，通过SEM扫描和曝光模式的切换，能实时调节曝光参数，更有效地形成预期纳米多孔铜结构，纳米多孔铜结构具有纳米级的粗糙表面，具有产生“热点”的可能性。附图说明图1经不同尺寸电子束斑曝光，曝光后Cu3N薄膜的SEM图，曝光时间3min。图2Cu3N薄膜曝光后形成的多孔纳米铜结构，曝光时间30min。图3表面增强Raman散射光谱及对应位置的SEM形貌。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明。步骤1.将用于沉积样品的Si衬底依次用洗洁精、丙酮、无水酒精和去离子水各超声清洗15分钟，待用；步骤2.将清洗好的Si衬底放置在磁控溅射的样品台上，其中第一个样品台为空，其他三个样品台放置Si衬底；并将铜靶当前位置对准第一个样品台；四个样品台与铜靶表面均设置在真空腔内，且样品台与铜靶表面平行并且相距55mm-60mm；步骤3.关腔门，抽真空；当真空腔内本底真空气压低于6×10－6mbar时，向真空腔内通入流速为20-40sccm的混合气体，混合气体包括氮气和氩气，且氮气和氩气的流量比为20:1-5：1；调节插板阀的开度，从而调节真空腔内的工作气压，使得工作气压保持在0.8-1.2Pa；步骤4.打开射频源，预热5-10分钟，开启射频，增加射频功率至预溅射功率，预溅射功率为50-150W；观察真空腔内是否起辉；若起辉，则跳转到步骤5，若没有起辉，则继续增加预溅射功率，若预溅射功率为150W扔没起辉，则增加氩气含量，直至起辉，然后跳转至步骤5；步骤5.调节混合气体的比例，将氩气的流量将为0，同时增加氮气流量，保持中流量不变；预溅射镀膜30min，从而稳定真空腔内等离子体，同时清洗铜靶表面；步骤6.旋转样品台，将铜靶当前位置对准第二个样品台，溅射镀膜5-30min后；然后再旋转样品台，直至第三个样品台与第四个样品台都完成溅射镀膜；步骤7.再次旋转样品台，将铜靶当前位置对准第一个样品台，降低射频功率，关闭射频加载并停止通入氮气；2-3分钟后关闭射频源电源；开腔，将三个样品台上的Cu3N薄膜样品取出；步骤8.将Cu3N薄膜样品放入SEM样品室，抽真空，选择电子束曝光模式，调节电子束聚焦，使电子束束斑控制在200nm-1000nm，对Cu3N薄膜选定区域进行电子束曝光；所述的电子束曝光的能量为10Kev-15Kev，电子束曝光的时间为15min-35分钟；步骤9.曝光结束后，启用SEM扫描模式，对曝光区进行SEM成像，观测曝光后形貌；若形貌不是预期的多孔纳米铜结构，则重复步骤8，并调节步骤8中的曝光参数，即调整电子束束斑大小、电子束曝光的能量和时间，直至曝光后形貌为预期多孔纳米铜结构。所述的铜靶中铜含量大于等于99.99％。所述的氮气和氩气的纯度均大于等于99.99％。所述的预溅射过程中，第一个样品台与铜靶之间不设置挡板。所述的电子束曝光的能量优选为5Kev-15Kev，最佳为10Kev；电子束曝光的时间优选为15min-35分钟，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制备多孔纳米铜结构的方法，其特征在于包括如下步骤：步骤1.将用于沉积样品的Si衬底依次用洗洁精、丙酮、无水酒精和去离子水各超声清洗15分钟，待用；步骤2.将清洗好的Si衬底放置在磁控溅射的样品台上，其中第一个样品台为空，其他三个样品台放置Si衬底；并将铜靶当前位置对准第一个样品台；四个样品台与铜靶表面均设置在真空腔内，且样品台与铜靶表面平行并且相距55mm‑60mm；步骤3.关腔门，抽真空；当真空腔内本底真空气压低于6×10－6mbar时，向真空腔内通入流速为20‑40sccm的混合气体，混合气体包括氮气和氩气，且氮气和氩气的流量比为20:1‑5：1；调节插板阀的开度，从而调节真空腔内的工作气压，使得工作气压保持在0.8‑1.2Pa；步骤4.打开射频源，预热5‑10分钟，开启射频，增加射频功率至预溅射功率，预溅射功率为50‑150W；观察真空腔内是否起辉；若起辉，则跳转到步骤5，若没有起辉，则继续增加预溅射功率，若预溅射功率为150W扔没起辉，则增加氩气含量，直至起辉，然后跳转至步骤5；步骤5.调节混合气体的比例，将氩气的流量将为0，同时增加氮气流量，保持中流量不变；预溅射镀膜30min，从而稳定真空腔内等离子体，同时清洗铜靶表面；步骤6.旋转样品台，将铜靶当前位置对准第二个样品台，溅射镀膜5‑30min后；然后再旋转样品台，直至第三个样品台与第四个样品台都完成溅射镀膜；步骤7.再次旋转样品台，将铜靶当前位置对准第一个样品台，降低射频功率，关闭射频加载并停止通入氮气；2‑3分钟后关闭射频源电源；开腔，将三个样品台上的Cu3N薄膜样品取出；步骤8.将Cu3N薄膜样品放入SEM样品室，抽真空，选择电子束曝光模式，调节电子束聚焦，使电子束束斑控制在200nm‑1000nm，对Cu3N薄膜选定区域进行电子束曝光；所述的电子束曝光的能量为10Kev‑15Kev，电子束曝光的时间为15min‑35分钟；步骤9.曝光结束后，启用SEM扫描模式，对曝光区进行SEM成像，观测曝光后形貌；若形貌不是预期的多孔纳米铜结构，则重复步骤8，并调节步骤8中的曝光参数，即调整电子束束斑大小、电子束曝光的能量和时间，直至曝光后形貌为预期多孔纳米铜结构。...

【技术特征摘要】
1.一种制备多孔纳米铜结构的方法，其特征在于包括如下步骤：步骤1.将用于沉积样品的Si衬底依次用洗洁精、丙酮、无水酒精和去离子水各超声清洗15分钟，待用；步骤2.将清洗好的Si衬底放置在磁控溅射的样品台上，其中第一个样品台为空，其他三个样品台放置Si衬底；并将铜靶当前位置对准第一个样品台；四个样品台与铜靶表面均设置在真空腔内，且样品台与铜靶表面平行并且相距55mm-60mm；步骤3.关腔门，抽真空；当真空腔内本底真空气压低于6×10－6mbar时，向真空腔内通入流速为20-40sccm的混合气体，混合气体包括氮气和氩气，且氮气和氩气的流量比为20:1-5：1；调节插板阀的开度，从而调节真空腔内的工作气压，使得工作气压保持在0.8-1.2Pa；步骤4.打开射频源，预热5-10分钟，开启射频，增加射频功率至预溅射功率，预溅射功率为50-150W；观察真空腔内是否起辉；若起辉，则跳转到步骤5，若没有起辉，则继续增加预溅射功率，若预溅射功率为150W扔没起辉，则增加氩气含量，直至起辉，然后跳转至步骤5；步骤5.调节混合气体的比例，将氩气的流量将为0，同时增加氮气流量，保持中流量不变；预溅射镀膜30min，从而稳定真空腔内等离子体，同时清洗铜靶表面；步骤6.旋转样品台，将铜靶当前位置对准第二个样品台，溅射镀膜5-30min后；然后再旋转样品台，直至第三个样品台与第四个样品台都完成溅射镀膜；步骤7.再次旋转样品台，将铜靶当前位置对准第一个样品台，降低射频功率，关闭射频加载并停止通入氮气；2-3分钟后关闭射频源电源；开腔，将三个样品台上的Cu3N薄膜样品取出；步骤8.将Cu3N薄...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜允，俞优姝，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学信息工程学院，
类型：发明
国别省市：浙江,33