原子级平整金属薄膜基底的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种原子级平整金属薄膜基底的制备方法。所述方法包先在具有原子级平整的基底表面蒸镀上所需的金属薄膜，然后在金属薄膜表面旋涂紫外固化胶，再将一片表面积略大于基底的石英玻璃放置在旋涂完固化胶的金属薄膜上，通过紫外辐照使胶水固化，最后机械解理得到原子级平整的金属薄膜表面以及可重复使用的基底。本发明专利技术的模版剥离法工艺简单，重复性好，模具可重复使用，制得的原子级平整的金属薄膜表面粗糙度低。金属薄膜表面粗糙度低。金属薄膜表面粗糙度低。

【技术实现步骤摘要】
原子级平整金属薄膜基底的制备方法


[0001]本专利技术属于金属薄膜的制备领域，涉及一种原子级平整金属薄膜基底的制备方法。

技术介绍

[0002]扫描探针显微镜是扫描隧道显微镜及在扫描隧道显微镜的基础上发展起来的各类型探针显微镜(比如原子力显微镜、磁力显微镜、静电力显微镜、压电力显微镜、扫描电容显微镜等)的统称，因其极高空间分辨率、运行环境友好等优势，在表面科学、材料科学、生命科学等领域的研究中具有重大的科学意义和广泛的应用前景。以扫描隧道显微镜和压电力显微镜为例，两者均需要使用具有较高平整度的导电支撑基底。但是，超平整、低损耗金属薄膜的低成本制备技术的缺乏，不仅阻碍了实验研究的进展，更限制了扫描探针显微技术在多个领域的应用发展。
[0003]目前，金属薄膜制备工艺主要有蒸发镀膜(如电子束蒸发、热蒸发、磁控溅射等)、模板剥离(以抛光硅片、云母等为模板，以环氧树脂为黏合剂、黏结支撑基底与金属薄膜，存在黏结不均匀、剥离不完整等问题。Surface Science,1993,291:39
‑
46；Nanophotonics,2018,7:1865
‑
1889)、种子层法(无论种子层为何种材料，均相当于再金属薄膜与基底之间引入杂质，金属性能难以预知。Nano Letters,2008,9:178
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182；ACS Nano,2010,4:3139
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3146)等。但这些方法受真空度提升及沉积速率精确调控的限制，且容易引入杂质或缺陷，难以制备出宏观尺度上原子级平整的金属薄膜，几何形貌、光学损耗都不尽理想，大大限制了电学相关扫描探针显微镜的发展和应用。因此，发展一种重复性高、操作简易、成本低廉的原子级金属薄膜的制备方法，对于扫描探针显微镜的发展及量子效应的观测具有重要的意义。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种价格低廉、操作简便、模具可重复使用，无需后续处理、且不对金属薄膜本身性质造成负面影响的原子级平整金属薄膜基底的制备方法。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案：
[0006]原子级平整金属薄膜基底的制备方法，包括以下步骤：
[0007]步骤1，在具有原子级平整的基底表面，采用电子束蒸发、热蒸发或磁控溅射方式，蒸镀上所需的金属薄膜；
[0008]步骤2，在金属薄膜表面旋涂紫外固化胶；
[0009]步骤3，将一片表面积略大于基底的石英玻璃放置在旋涂完固化胶的金属薄膜上，利用石英玻璃的透明性，采用紫外辐照，使胶水固化；
[0010]步骤4，机械解理，即可得到原子级平整的金属薄膜表面以及可重复使用的基底。
[0011]步骤1中，所述的基底为本领域常规使用的基底，选自抛光硅片、Si/SiO2基片、蓝宝石(Al2O3)基片、氮化镓(GaN)基片、砷化镓(GaAs)基片、钛酸锶(SrTiO3)基片等具有原子
级平整的基底。
[0012]步骤2中，紫外固化胶型号为LOCTITE3492。预旋涂参数为转速400rpm，时长15s，正式旋涂参数为转速2000～2500rpm，时长1min。
[0013]步骤3中，紫外波长为250～1000nm，峰值365nm，辐照功率为40mW/cm2，辐照时间为1min。
[0014]步骤4中，解理工具为手术刀片等刀具，刀片刃口优选为0.1～0.5mm。
[0015]本专利技术中，所述的金属为金、银、铜、铝、钛、铂等。
[0016]由于原子级平整的基片表面通常与金属表面具有良好的浸润性、且黏连效应较弱。当使用该类基片为模板，进行紫外固化、刀片切割等步骤时，大量金属原子不会粘连在模具表面，也不涉及化学手段侵蚀模具以释放金属薄膜，模具可重复使用，降低成本。
[0017]与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
[0018]1、不涉及化学手段侵蚀模具以释放金属薄膜，模具可重复使用，降低成本。
[0019]2、无需对已有的真空度及沉积速率进行优化或改良，对各类蒸镀手段、各种金属种类均适用、无额外限制。
[0020]3、原子级平整表面的金属薄膜最为突出的性质是其较低的表面损耗和精细的形貌控制。较低的表面粗糙度降低了薄膜电阻，提高品质因子，有利于进一步实现超越经典光学衍射极限的光场调控，有利于电学相关扫描探针显微镜的发展和应用；通过精细的结构设计，提升光学元件(比如表面增强拉曼散射检测元件、表面等离激元激光、超透镜、激光共振腔等)的效率。
附图说明
[0021]图1为原子级平整金属薄膜的制备流程图。
[0022]图2为基于实施例1获得的金属铂(Pt)薄膜，及原子力显微镜表征表面平整度结果。
[0023]图3为基于实施例1获得的金属金(Au)薄膜，及原子力显微镜表征表面平整度结果。
[0024]图4为磁控溅射直接溅射金属铂(Pt)薄膜的原子力显微镜表征结果。
[0025]图5为电子束蒸发直接蒸镀金属金(Au)薄膜的原子力显微镜表征结果。
[0026]图6为以环氧树脂黏合支撑基底与金属的剥离结果。
具体实施方式
[0027]下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步详述。
[0028]实施例1
[0029]制备流程如图1所示，包括：
[0030]①
在抛光的Si/SiO2基底表面，采用电子束蒸发、热蒸发或磁控溅射等方式，蒸镀上所需的金属薄膜。为避免后续步骤对于表面形貌的影响，金属厚度在80nm以上为宜。
[0031]②
预旋涂过程(转速为400rpm，时长15s)中，在金属表面滴紫外固化胶(LOCTITE，3492)，正式旋涂过程采用的参数为：转速2000～2500rpm，时长1min。
[0032]③
将一片表面积略大于基底的石英玻璃轻轻放置在旋涂了固化胶的Si/SiO2/金
属上，用镊子在石英玻璃中心位置轻微按压，至无明显气泡；利用石英玻璃的透明性，采用纳米压印机(瑞典Obducat，Eitre 6)的高功率紫外灯照射1min(或低功率紫外灯照射5～10min)，以达到胶水固化的目的。
[0033]④
利用手术刀片进行机械解理，在SiO2与金属交界面着力，即可得到原子级平整的金属薄膜表面、以及可重复使用的SiO2/Si基底。
[0034]如图2所示，为采用磁控溅射蒸镀的90nm厚的金属铂(Pt)表面，以切割好的1.0
×
1.0cm2的SiO2/Si基底为模板、1.2
×
1.2cm2的石英玻璃片为基底。根据原子力显微镜表征结果，5
×
5μm2区域内表面粗糙度仅为207.8pm。
[0035]如图3所示，为采用电子束蒸发方法蒸镀的80nm厚的金属金(Au)表面，以切割好的1.0
×
1.0cm2的SiO2/Si基底为模板、1.2
×
1.2cm2的石英玻璃片为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.原子级平整金属薄膜基底的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，在具有原子级平整的基底表面，采用电子束蒸发、热蒸发或磁控溅射方式，蒸镀上所需的金属薄膜；步骤2，在金属薄膜表面旋涂紫外固化胶；步骤3，将一片表面积略大于基底的石英玻璃放置在旋涂完固化胶的金属薄膜上，利用石英玻璃的透明性，采用紫外辐照，使胶水固化；步骤4，机械解理，即可得到原子级平整的金属薄膜表面以及可重复使用的基底。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1中，所述的基底选自抛光硅片、Si/SiO2基片、蓝宝石基片、氮化镓基片、砷化镓基片或钛酸锶基片。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤2中，紫...

【专利技术属性】
技术研发人员：万逸，阚二军，曾华凌，方鑫，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：