一种调控纳米结构取向的方法技术

一种调控纳米结构取向的方法，包括：用等离子体或浓硫酸与双氧水的混合溶液对基底进行亲水处理；将多种聚电解质溶液通过旋涂法在亲水处理后的基底上层层自组装，制备得到聚电解质改性层；将聚电解质改性层进行退火处理；将嵌段共聚物溶液旋涂在退火后的聚电解质改性层上，退火形成垂直取向的纳米结构。上述方法通过多种聚电解质采用层层自组装来修饰基底表面调控嵌段共聚物自组装纳米结构取向，实现了纳米结构垂直于基底方向，提高了嵌段共聚物薄膜自组装形成的纳米结构在微电子领域的实用性。

【技术实现步骤摘要】
一种调控纳米结构取向的方法
本专利技术涉及材料
，特别涉及一种调控纳米结构取向的方法。
技术介绍
随着互联网的快速发展，信息产业对微电子器件小型化和集成度要求越来越高。过去制造微电子器件的光刻方法由于光的衍射效应已经达到了工业生产的极限，即193nm制程。这无法满足现代信息产业对硬件高集成度和小型化的要求，尽管采用短波长的x光源或者极紫外光可以使得刻蚀线宽降至10nm以下，但其工业制造成本极其高昂。近年来，科学家们提出了一种新的方法，利用嵌段共聚物在2nm-100nm范围内能形成球状、柱状、层状和双螺旋状等周期有序结构的特点，将嵌段共聚物薄膜作为光刻掩模用于纳米级电子器件的制造，既可满足微电子器件小型化的要求又能显著降低成本。通常能够在微电子领域有实际应用的嵌段共聚物薄膜自组装形成的纳米结构应垂直于基底方向，但是多数嵌段共聚物薄膜的纳米结构平行于基底方向。因此，如何调控嵌段共聚物自组装结构在宏观范围内的垂直取向是使其在微电子和半导体领域应用的关键。
技术实现思路
本专利技术实施例的目的是提供一种调控纳米结构取向的方法，通过多种聚电解质采用层层自组装来修饰基底表面调控嵌段共聚物自组装纳米结构取向，实现了纳米结构垂直于基底方向，提高了嵌段共聚物薄膜自组装形成的纳米结构在微电子领域的实用性。为解决上述技术问题，本专利技术实施例提供了一种调控纳米结构取向的方法，包括如下步骤：S100，用等离子体或浓硫酸与双氧水的热混合溶液对基底进行亲水处理；S200，将多种聚电解质溶液通过旋涂法在亲水处理后的所述基底上层层自组装，在所述基底上制备得到聚电解质改性层；S300，对所述聚电解质改性层进行第一次退火处理；S400，将包括嵌段共聚物的溶液旋涂在退火后的所述聚电解质改性层上，对旋涂有所述包括嵌段共聚物的溶液的所述聚电解质改性层进行第二次退火处理，形成垂直取向的纳米结构。进一步地，所述聚电解质改性层的制备方法包括：S210，分别配置包括聚阳离子聚电解质的所述聚电解质溶液和包括聚阴离子聚电解质的所述聚电解质溶液；S220，将所述包括聚阳离子聚电解质的所述聚电解质溶液旋涂在亲水处理后的基底上，用去离子水清洗，用氮气吹干；S230，在旋涂有所述包括聚阳离子聚电解质的所述聚电解质溶液的基底上旋涂所述包括聚阴离子聚电解质的所述聚电解质溶液，用所述去离子水清洗，用所述氮气吹干；S240，重复执行步骤S220和S230，制备得到多层所述聚电解质改性层。进一步地，所述包括聚阳离子聚电解质的所述聚电解质溶液为聚丙烯胺盐酸盐溶液；所述包括聚阴离子聚电解质的所述聚电解质溶液为聚丙烯酸溶液。进一步地，所述氮气为高纯度氮气。进一步地，所述基底为硅片、玻璃或云母。进一步地，所述聚电解质溶液的溶剂为去离子水。进一步地，所述嵌段共聚物为包括第一嵌段和第二嵌段的二嵌段共聚物。进一步地，所述第一嵌段为苯乙烯；和/或所述第二嵌段为甲基丙烯酸甲酯。进一步地，所述嵌段共聚物溶液的溶剂为甲苯。进一步地，所述聚电解质改性层不溶于甲苯溶液。本专利技术实施例的上述技术方案具有如下有益的技术效果：通过多种聚电解质采用层层自组装来修饰基底表面调控嵌段共聚物自组装纳米结构取向，实现了纳米结构垂直于基底方向，提高了嵌段共聚物薄膜自组装形成的纳米结构在微电子领域的实用性。附图说明图1为本专利技术实施例提供的调控纳米结构取向的方法流程图；图2为本专利技术实施例提供的聚电解质改性层的制备方法流程图；图3为实施例中PS-b-PMMA嵌段共聚物自组装结构的AFM高度图；图4为实施例中PS-b-PMMA嵌段共聚物自组装结构的AFM图的刨面分析图；图5为薄膜在垂直基底取向时的GISAXS散射图案垂直示意图；图6为实施例中PS-b-PMMA嵌段共聚物自组装结构的GISAXS二维图；图7为实施例中PS-b-PMMA嵌段共聚物自组装结构的GISAXS强度和散射矢量图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本专利技术进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本专利技术的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本专利技术的概念。图1为本专利技术实施例提供的调控纳米结构取向的方法流程图。请参照图1，本专利技术实施例提供一种调控纳米结构取向的方法，包括如下步骤：S100，用等离子体或浓硫酸与双氧水的混合溶液对基底进行亲水处理。可选的，基底为硅片、玻璃或云母。优选的，基底为硅片。可选的，浓硫酸与双氧水的混合溶液的温度范围60℃-100℃。优选的，浓硫酸与双氧水的混合溶液的温度为80℃。在混合溶液的温度为80℃时，浓硫酸和双氧水充分反应，去除硅基底上的有机污染物，并使基底形成足够多的羟基以提高基底的亲水性，且在此温度下硫酸和双氧水反应不至于过度剧烈，从而降低操作的危险性。S200，将多种聚电解质溶液通过旋涂法在亲水处理后的基底上层层自组装，在基底上制备得到聚电解质改性层。图2为本专利技术实施例提供的聚电解质改性层的制备方法流程图。请参照图2，聚电解质改性层的制备方法包括：S210，分别配置包括聚阳离子聚电解质的聚电解质溶液和包括聚阴离子聚电解质的聚电解质溶液。S220，将包括聚阳离子聚电解质的聚电解质溶液旋涂在亲水处理后的基底上，用去离子水清洗，用氮气吹干。S230，在旋涂有包括聚阳离子聚电解质的聚电解质溶液的基底上旋涂包括聚阴离子聚电解质的聚电解质溶液，用去离子水清洗，用氮气吹干。S240，重复执行步骤S220和S230，制备得到多层聚电解质改性层。可选的，氮气为高纯度氮气。氮气具有化学性质稳定，成本低廉，可有效降低成本。聚电解质包括聚阳离子聚电解质和聚阴离子聚电解质。可选的，聚阳离子聚电解质为聚丙烯胺盐酸盐；和/或，聚阴离子聚电解质为聚丙烯酸。聚丙烯胺盐酸盐溶液的浓度为1mg/ml，聚丙烯酸溶液的浓度为0.1mg/ml，使用上述浓度的聚丙烯胺盐酸盐溶液和聚丙烯酸溶液时，聚电解质改性层的表面能与聚苯乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯的表面能最为接近。可选的，聚电解质溶液的溶剂为去离子水。去离子水是指除去了呈离子形式杂质后的纯水。目前的工艺主要采用RO反渗透的方法制取，通过离子交换树脂除去水中的阴离子与阳离子，但水中仍存在可溶性的有机物，可以污染离子交换柱从而降低其功效。聚电解质的层层自组装为将两种带不同电荷的聚电解质溶液分别旋涂在进行亲水处理后的基底上。S300，对聚电解质改性层进行第一次退火处理。聚电解质改性层不溶于甲苯溶液。聚电解质改性层退火处理的温度低于聚丙烯胺盐酸盐或聚丙烯酸的降解温度。退火处理，主要是指将材料曝露于高温很长一段时间后，在慢慢冷却的热处理制程，目的是释放应力、增加材料延展性和韧性、产生特殊显微结构等。退火处理分为完全退火、不完全退火、去应力退火、扩散退火、球化退火和再结晶退火。S400，将包括嵌段共聚物的溶液旋涂在退火后的聚电解质改性层上，对旋涂有包括嵌段共聚物的溶液的聚电解质改性层进行第二次退火处理，形成垂直取向的纳米结构。嵌段共聚物，又称镶嵌共聚物，是将两种或两种以上性质不同的聚合物链段连在一起制备而成的一种特殊聚合物。具有特定结构的嵌段聚合物会表现出与简单线形聚合物以及许多无规共聚物甚至均聚物的混合物不同的性质，可用本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种调控纳米结构取向的方法，其特征在于，包括如下步骤：S100，用等离子体或浓硫酸与双氧水的混合溶液对基底进行亲水处理；S200，将多种聚电解质溶液通过旋涂法在亲水处理后的所述基底上层层自组装，在所述基底上制备得到聚电解质改性层；S300，对所述聚电解质改性层进行第一次退火处理；S400，将包括嵌段共聚物的溶液旋涂在退火后的所述聚电解质改性层上，对旋涂有所述包括嵌段共聚物的溶液的所述聚电解质改性层进行第二次退火处理，形成垂直取向的纳米结构。

【技术特征摘要】
1.一种调控纳米结构取向的方法，其特征在于，包括如下步骤：S100，用等离子体或浓硫酸与双氧水的混合溶液对基底进行亲水处理；S200，将多种聚电解质溶液通过旋涂法在亲水处理后的所述基底上层层自组装，在所述基底上制备得到聚电解质改性层；S300，对所述聚电解质改性层进行第一次退火处理；S400，将包括嵌段共聚物的溶液旋涂在退火后的所述聚电解质改性层上，对旋涂有所述包括嵌段共聚物的溶液的所述聚电解质改性层进行第二次退火处理，形成垂直取向的纳米结构。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述聚电解质改性层的制备方法包括：S210，分别配置包括聚阳离子聚电解质的所述聚电解质溶液和包括聚阴离子聚电解质的所述聚电解质溶液；S220，将所述包括聚阳离子聚电解质的所述聚电解质溶液旋涂在亲水处理后的基底上，用去离子水清洗，用氮气吹干；S230，在旋涂有所述包括聚阳离子聚电解质的所述聚电解质溶液的基底上旋涂所述包括聚阴离子聚电解质的所述聚电解质溶...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵镍，刘凯，杨春明，边风刚，欧阳晓平，黄文超，
申请(专利权)人：湘潭大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43