一种纳米锥形阵列结构及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种纳米锥形阵列结构及其制备方法，所述制备方法包括如下步骤：(1)利用超快激光对基底进行加工，之后清洗得到中间基底；(2)将步骤(1)得到的中间基底进行等离子体刻蚀，得到所述纳米锥形阵列结构。本发明专利技术提供的方法，采用超快激光在表面制备微纳结构，在等离子体刻蚀过程中并利用微掩模效应在微纳结构区域的增强效果，即利用现有技术中缺陷制备了高深宽比的纳米锥阵列结构，该方法兼容性好、制备区域灵活可控，可极大提升纳米锥阵列结构的制备工艺精度。

【技术实现步骤摘要】
一种纳米锥形阵列结构及其制备方法
本专利技术涉及微纳加工领域，具体涉及一种纳米锥形阵列结构及其制备方法。
技术介绍
纳米锥阵列结构广泛用于生物传感、光学减反增透、高表面活性电极等。常用制备方法包括通过干法刻蚀或湿法刻蚀结合光刻掩模如电子束光刻，自组装掩模如聚乙烯颗粒，化学生长掩模如阳极氧化铝等。另外，利用晶体的不同晶向化学刻蚀速度差异也可以采用无掩膜刻蚀方法制备纳米锥阵列，此方法常用于太阳能硅片制绒。如CN102779747A公开了，一种纳米柱/针森林结构的加工方法，所述纳米柱/针森林结构的加工方法包括如下步骤：a、准备并清洗所选用的衬底；b、在所述衬底土生长一层多晶硅；c、在所述生长有多晶硅的衬底土生长一层侧墙材料层，所述侧墙材料层覆盖于多晶硅层上；d、对上述覆盖侧墙材料层、多晶硅层的衬底进行多晶硅的各向异性刻蚀；e、调节各向异性刻蚀的时间，直至得到所需的纳米柱/针森林结构。有效的克服电子束光刻和聚焦离子束刻蚀技术在批量加工方面的限制，并可有效降低工艺复杂程度，实现具有高可调控性、均匀性的大面积或图形化纳米结构。CN104386645A公开了一种白掩膜制备随机亚波长宽带减反射微结构的方法，将玻璃基体置于具有混合反应气体的反应室中实施等离子体刻蚀制程，通过控制刻蚀参数使刻蚀过程中在玻璃基体的表面生成的纳米级岛状聚合物薄膜作为刻蚀过程的掩膜，以便在所述的玻璃基体的表面生成随机分布的折射率渐变的锥形减反射微纳结构。无需任何掩膜技术仅需调整反应离子刻蚀的工艺即可在基体表面制备减反射效果明显的亚波长微结构，突破模版技术的诸多限制，大大简化了工艺流程:可以在不同种类的玻璃表面制备亚波长微结构，突破材料的限制；可以应用在任意形状光学元件表面而不会破坏原来结构，有利于实现具有复合功能的光学元件，有利于光学系统的集成化、小型化。目前，传统方法存在如下不足：在无第二掩模辅助的情况下，仅可获得全覆盖的纳米锥阵列结构，并且存在大面积不均匀、加工工艺过程复杂繁琐等问题，影响了其工艺兼容性、可重复性、微纳尺度应用性。此外，目前未见可直接获得局域纳米锥追阵列结构方法的报道。值得注意的是，在传统半导体刻蚀工艺中存在微掩模现象造成刻蚀表面不均匀的缺陷，该现象会导致样品表面出现较浅的、不均匀、大面积分布的纳米锥阵列，影响了制备结果的表面形貌。然而现有的制备方法在局部微纳结构制备中需要掩膜或预先设置局部层来实现了局部微纳结构的制备，存在制备过程复杂，制备方法精度差等问题。
技术实现思路
鉴于现有技术中存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种纳米锥形阵列结构及其制备方法，该制备方法兼容性好、制备区域灵活可控，可极大提升纳米锥阵列结构的制备工艺精度。还可解决现有技术工艺复杂、不可直接局域制备微纳结构的技术问题。为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：第一方面，本专利技术提供了一种基于激光辅助干法刻蚀的纳米锥形阵列结构的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：(1)利用超快激光对基底进行加工，之后清洗得到中间基底；(2)将步骤(1)得到的所述中间基底进行等离子体刻蚀，得到所述纳米锥形阵列结构。本专利技术提供的方法，采用超快激光在表面制备微纳结构，在等离子体刻蚀过程中并利用微掩模效应在微纳结构区域的增强效果，即利用现有技术中缺陷制备了深宽比较大的纳米锥阵列结构，该方法兼容性好、制备区域灵活可控，可极大提升纳米锥阵列结构的制备工艺精度。作为本专利技术优选的技术方案，步骤(1)所述超快激光包括飞秒激光、皮秒激光或纳秒激光中的1种。优选地，步骤(1)所述超快激光的脉宽为脉宽为10-15-10-9s，例如可以是10-15s、10-14s、10-13s、10-12s、10-11s、10-10s或10-9s等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。优选地，步骤(1)所述超快激光的波长为300-1100nm，例如可以是300nm、400nm、500nm、600nm、700nm、800nm、900nm、1000nm或1100nm等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。优选地，步骤(1)所述超快激光的重频为0.1-10kHz，例如可以是0.1kHz、0.5kHz、1kHz、2kHz、3kHz、4kHz、5kHz、6kHz、7kHz、8kHz、9kHz或10kHz等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。作为本专利技术优选的技术方案，步骤(1)所述基底包括碳化硅基底。优选地，步骤(1)所述基底加工前进行洗涤。优选地，所述洗涤中的洗涤剂包括丙酮、异丙醇、氢氟酸或水中的1种或至少2种的组合。优选地，所述洗涤的时间≥30min，例如可以是30min、40min、50min、60min、70min或80min等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。优选地，所述洗涤中的洗涤剂包括丙酮或异丙醇中的1种时采用超声清洗。优选地，所述超声清洗的时间≥7min，例如可以是7min、8min、9min、10min、11min、12min或13min等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。作为本专利技术优选的技术方案，步骤(1)所述清洗中的洗涤剂包括丙酮、异丙醇、氢氟酸或水中的1种或至少2种的组合。优选地，步骤(1)所述清洗的时间≥30min，例如可以是30min、40min、50min、60min、70min或80min等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。优选地，步骤(1)所述清洗中的洗涤剂包括丙酮或异丙醇中的1种时采用超声清洗。优选地，所述超声清洗的时间≥7min，例如可以是7min、8min、9min、10min、11min、12min或13min等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。本专利技术，中的洗涤或清洗过程可采用多种洗涤剂或清洗剂组合的方式进行，只需保证清洗时间达到规定时间即可，单洗涤剂或组合的洗涤方式不会影响产品的性能。作为本专利技术优选的技术方案，步骤(1)所述加工的方式包括点加工、线加工或面加工中的一种。优选地，步骤(1)所述加工中超快激光的能量密度为0.5-10J/cm2，例如可以是0.5J/cm2、1J/cm2、2J/cm2、3J/cm2、4J/cm2、5J/cm2、6J/cm2、7J/cm2、8J/cm2、9J/cm2或10J/cm2等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。本专利技术中，所述面加工可以采用多次线加工实现或采用别的方式实现面加工。优选地，所述点加工中至少重复施加50个脉冲，例如可以是50个、60个、70个、80个、90个或100个等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。优选地，所述线加工中的扫描速度为20-3000μm/s，例如可以是20μm/s、20μm/s、40μm/s、60μm/s、80μm/s、100μm/s本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于激光辅助干法刻蚀的纳米锥形阵列结构的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：/n(1)利用超快激光对基底进行加工，之后清洗得到中间基底；/n(2)将步骤(1)得到的所述中间基底进行等离子体刻蚀，得到所述纳米锥形阵列结构。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于激光辅助干法刻蚀的纳米锥形阵列结构的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
(1)利用超快激光对基底进行加工，之后清洗得到中间基底；
(2)将步骤(1)得到的所述中间基底进行等离子体刻蚀，得到所述纳米锥形阵列结构。


2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述超快激光包括飞秒激光、皮秒激光或纳秒激光中的1种；
优选地，步骤(1)所述超快激光的脉宽为10-15-10-9s；
优选地，步骤(1)所述超快激光的波长为300-1100nm；
优选地，步骤(1)所述超快激光的重频为0.1-10kHz。


3.如权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述基底包括碳化硅基底；
优选地，步骤(1)所述基底加工前进行洗涤；
优选地，所述洗涤中的洗涤剂包括丙酮、异丙醇、氢氟酸或水中的1种或至少2种的组合；
优选地，所述洗涤的时间≥30min；
优选地，所述洗涤中的洗涤剂包括丙酮或异丙醇中的1种时采用超声清洗；
优选地，所述超声清洗的时间≥7min。


4.如权利要求1-3任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述清洗中的洗涤剂包括丙酮、异丙醇、氢氟酸或水中的1种或至少2种的组合；
优选地，步骤(1)所述清洗的时间≥30min；
优选地，步骤(1)所述清洗中的洗涤剂包括丙酮或异丙醇中的1种时采用超声清洗；
优选地，所述超声清洗的时间≥7min。


5.如权利要求1-4任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述加工的方式包括点加工、线加工或面加工中的一种；
优选...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐少林，徐康，胡劲，
申请(专利权)人：南方科技大学，
类型：发明
国别省市：广东;44