一种基于蒸发镀膜和剥离技术制备多孔微纳结构的方法技术

本发明专利技术提供一种基于蒸发镀膜和剥离技术制备多孔微纳结构的方法，包括在硅片的表面上制备出单层聚苯乙烯微球层，利用蚀刻技术在硅片上蚀刻出柱状微结构，使用氯仿溶剂将残余的聚苯乙烯微球进行移除，将金银合金薄膜中的银元素进行移除形成纳米孔金微颗粒，使用粘结等手段将纳米孔金微颗粒转移至其他基底上，运用金属腐蚀液将剩余金属结构进行移除，为下次制备做准备。本发明专利技术的有益效果是，该种发明专利技术采用了加工模板理念，从而实现将加工纳米颗粒的模板进行多次重复使用，即从第二次开始的微加工从步骤的(e)步骤开始，从而有效缩短了加工步骤，进而提高多次加工的产出。

【技术实现步骤摘要】
一种基于蒸发镀膜和剥离技术制备多孔微纳结构的方法
本专利技术涉及多孔微纳结构领域，尤其是一种基于蒸发镀膜和剥离技术制备多孔微纳结构的方法。
技术介绍
表面等离子金属纳米颗粒在传感、光伏、显影和生物医疗等领域有着巨大的潜力。这其中具有纳米空隙的海绵状金(纳米孔金)材料因为其独特的三维双连续纳米结构而获得了广泛的关注。然而，纳米孔金块和纳米孔金膜均有着属性不可调，表面等离子共振弱等缺陷。使用微纳加工手段，可以制备出亚波长尺寸的纳米孔金微颗粒。传统的加工方式中，该种亚微米尺寸的纳米孔金颗粒的加工通常是将亚微米尺寸的结构物理性蚀刻入纳米孔金薄膜内，往往经过蚀刻的硅片均为一次性使用，这样浪费资源，同时，如若再次制备纳米孔金颗粒，则仍需从第一步骤开始操作，故耗时耗力，效率不高，为此，我们提出了一种基于蒸发镀膜和剥离技术制备多孔微纳结构的方法来解决上述问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是：提供一种基于蒸发镀膜和剥离技术制备多孔微纳结构的方法，该种专利技术采用了加工模板理念，从而实现将加工纳米颗粒的模板进行多次重复使用，即从第二次开始的微加工从步骤的(e)步骤开始，从而有效缩短了加工步骤，进而提高多次加工的产出。实现本专利技术目的所采取的技术方案是：为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种基于蒸发镀膜和剥离技术制备多孔微纳结构的方法，包括以下步骤：(a)在硅片的表面上制备出均匀的单层聚苯乙烯微球层；(b)利用蚀刻技术将聚苯乙烯微球的直径进行缩小，同时保证微球间的间隙；(c)在硅片上蚀刻出柱状微结构；(d)使用氯仿溶剂将残余的聚苯乙烯微球进行移除；(e)在硅片表面上利用蒸发镀膜技术，交替覆盖一层金元素薄膜和银元素薄膜；(f)在氩气氛围中，将硅片进行加热，加热至400℃，并保持30min，从而促使金银元素发生充分扩散，最终形成一层均匀的金银合金薄膜；(g)将金银合金薄膜中的银元素进行移除，从而形成纳米孔金微颗粒；(h)使用粘结等手段将纳米孔金微颗粒转移至其他基底上；(i)运用金属腐蚀液将剩余金属结构进行移除，为下次制备做准备。进一步地，在(a)步骤中，在(a)步骤中，所述聚苯乙烯微球层是由单层纳米球成膜机铺设而成的。进一步地，在(b)步骤中，硅片蚀刻采用反应离子蚀刻(RIE)技术，选取氧气为蚀刻气体，且该反应离子蚀刻机的参数设置为蚀刻功率：100W，蚀刻气压：20mtorr，蚀刻速率：25nm/min。进一步地，在(b)步骤中，所述聚苯乙烯微球的缩小量大于等于50nm，小于等于原微球直径的1/3。进一步地，在(c)步骤中，硅片蚀刻采用反应离子蚀刻(RIE)技术，选取四氟化碳(CF4)为蚀刻气体，且该反应离子蚀刻机的参数设置为：蚀刻功率：100W，蚀刻气压：2mtorr压力，蚀刻时间：5min。进一步地，在(e)步骤中，所述金元素薄膜与银元素薄膜的厚度比为30：70，单层薄膜厚度小于等于20nm，总薄膜厚度为50-200nm。进一步地，在(g)步骤中，将金银合金薄膜中银元素去除的方法为放于浓硝酸溶液中进行浸泡。进一步地，所述浓硝酸溶液的浓度为68％。进一步地，在(i)步骤中，所述金属腐蚀液通常采用王水。与现有技术相比，本专利技术的优点和积极效果是：通过在硅片的表面形成聚苯乙烯微球层，利用反应离子蚀刻技术(RIE)在硅片上蚀刻出柱状微结构，同时该种专利技术采用了加工模板理念，通过蒸发镀膜技术在硅片交替覆盖一层均匀的金银合金薄膜，之后利用剥离技术，将金银合金薄膜中的银元素进行移除，最终形成纳米孔金微颗粒，然后使用粘结等手段将纳米孔金微颗粒转移至其他基底上进行使用，最后运用金属腐蚀液将剩余的金属结构进行移除，为下次制备做准备，从而实现将加工纳米颗粒的模板进行多次重复使用，即从第二次开始的微加工从步骤的(e)步骤开始，从而有效缩短了加工步骤，进而提高多次加工的产出。附图说明图1是本专利技术所述一种基于蒸发镀膜和剥离技术制备多孔微纳结构的方法的制作方法步骤a-i过程示意图；图2是本专利技术为所述一种基于蒸发镀膜和剥离技术制备多孔微纳结构的方法的制作方法中步骤(d)的扫描电镜图；图3是本专利技术为所述一种基于蒸发镀膜和剥离技术制备多孔微纳结构的方法的制作方法中步骤(f)的扫描电镜图；图4是本专利技术为所述一种基于蒸发镀膜和剥离技术制备多孔微纳结构的方法的制作方法中步骤(g)的扫描电镜图。图5是本专利技术为所述一种基于蒸发镀膜和剥离技术制备多孔微纳结构的方法的制作方法中加热时间不足30分钟的金银合金薄膜扫描电镜图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。下面结合附图对本专利技术进行具体描述，如图1所示，一种基于蒸发镀膜和剥离技术制备多孔微纳结构的方法，包括加工模板，微结构纳米孔金薄膜的制作方法包括以下步骤：(a)在硅片的表面上利用我公司自主研发的单层纳米球成膜机，制备出均匀的单层聚苯乙烯微球层，单层聚苯乙烯微球层为后期蚀刻提供参照，同时保护不想被蚀刻的硅片部分。单层纳米球成膜机制备单层聚苯乙烯微球层的过程：第一步，启动电机，使得伸缩杆带动滑框向左滚动，滑框带动外叉臂向左滚动，因交叉臂是铰接，从而内叉臂也向左滚动，整个升降平台平行下降，使得电动升降台降至最低；第二步，将硅片平放在开口水容器的底面上，向开口水容器中注入去离子水，使得水面高于硅片；第三步，在注射器中加入经过疏水化表面处理过的纳米球的酒精悬浮液；第四步，启动注射器泵，缓慢均匀的将纳米球的酒精悬浮液通过橡胶软管缓慢注射至水面；由于纳米球的疏水性，纳米球将浮于水面并形成薄膜，等待纳米球薄膜覆盖整个容器内水面，停止注射器泵工作并移除橡胶软管；第五步，启动电机，使得伸缩杆向右运动，伸缩杆推着滑框向右滚动，同时带动外叉臂向右滚动，从而内叉臂也向右滚动，整个升降平台平行上升；因开口水容器的底面采用的是柔性材料，所以升降平台带动着与升降平台接触的开口水容器的底面和硅片向上抬升，直至将硅片抬高至超出去离子水的表面。等待硅片干燥，单层纳米球将在硅片表面成膜。(b)利用反应离子蚀刻(RIE)技术，选取氧气为蚀刻气体，将其参数设置为蚀刻功率：100W，蚀刻气压：20mtorr，蚀刻速率：25nm/min，聚苯乙烯微球层会被蚀刻气体进行蚀刻，从而实现将聚苯乙烯微球的直径进行缩小，同时保证微球间的间隙，微球间的间隙直接影响蚀刻出柱状微结构的结构，而其中选定的蚀刻气压应该尽量高些，所以蚀刻的方向性较差(即进行各向同性蚀刻)，保证了微球蚀刻后依旧是球形的。所述聚苯乙烯微球的缩小量大于等于50nm，以保证后期硅片蚀刻可以顺利进行，而小于等于微球直径的1/3，以保证微球结构表面光滑，具体的缩小量取决于选取的聚苯乙烯球的直径与欲加工微颗粒直径。例如：如需加工300nm直径的微颗粒，则不可选取350nm以和450nm以上直径的微球，则应选取400nm微球，并将直径缩小100nm。(c)在硅片上利用硅片蚀刻采用反应离子蚀刻(RIE)技术，选取四氟化碳(CF4)为蚀刻气体，参数设置为：蚀刻功率：100W，蚀刻气压：2本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于蒸发镀膜和剥离技术制备多孔微纳结构的方法，包括以下步骤：(a)在硅片的表面上制备出均匀的单层聚苯乙烯微球层；(b)利用蚀刻技术将聚苯乙烯微球的直径进行缩小，同时保证微球间的间隙；(c)在硅片上蚀刻出柱状微结构；(d)使用氯仿溶剂将残余的聚苯乙烯微球进行移除；(e)在硅片表面上利用蒸发镀膜技术，交替覆盖一层金元素薄膜和银元素薄膜；(f)在氩气氛围中，将硅片进行加热，加热至400℃，并保持30min，从而促使金银元素发生充分扩散，最终形成一层均匀的金银合金薄膜；(g)将金银合金薄膜中的银元素进行移除，从而形成纳米孔金微颗粒；(h)使用粘结等手段将纳米孔金微颗粒转移至其他基底上；(i)运用金属腐蚀液将剩余金属结构进行移除，为下次制备做准备。

【技术特征摘要】
1.一种基于蒸发镀膜和剥离技术制备多孔微纳结构的方法，包括以下步骤：(a)在硅片的表面上制备出均匀的单层聚苯乙烯微球层；(b)利用蚀刻技术将聚苯乙烯微球的直径进行缩小，同时保证微球间的间隙；(c)在硅片上蚀刻出柱状微结构；(d)使用氯仿溶剂将残余的聚苯乙烯微球进行移除；(e)在硅片表面上利用蒸发镀膜技术，交替覆盖一层金元素薄膜和银元素薄膜；(f)在氩气氛围中，将硅片进行加热，加热至400℃，并保持30min，从而促使金银元素发生充分扩散，最终形成一层均匀的金银合金薄膜；(g)将金银合金薄膜中的银元素进行移除，从而形成纳米孔金微颗粒；(h)使用粘结等手段将纳米孔金微颗粒转移至其他基底上；(i)运用金属腐蚀液将剩余金属结构进行移除，为下次制备做准备。2.根据权利要求1所述的一种基于蒸发镀膜和剥离技术制备多孔微纳结构的方法，其特征在于：在(a)步骤中，所述聚苯乙烯微球层是由单层纳米球成膜机铺设而成的。3.根据权利要求1所述的一种基于蒸发镀膜和剥离技术制备多孔微纳结构的方法，其特征在于：在(b)步骤中，所述硅片蚀刻采用反应离子蚀刻(RIE)技术，选取氧气为蚀刻气体，且该反应离子蚀刻机的参数设置为蚀刻功率：100W，蚀刻气压：20mtorr，蚀刻速率：25nm/min...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵复生，李静婷，赵俊洋，
申请(专利权)人：纤瑟天津新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：天津,12