在硅基底上制备二氧化钛或二氧化锆微图案方法技术

本发明专利技术公开了一种在硅基底上制备二氧化钛或二氧化锆微图案方法。本发明专利技术以廉价的无机盐水溶液作为原料来替代传统的金属醇盐，以化学沉积法制得了图案化的二氧化钛、二氧化锆的无机物薄膜。紫外光照使得硅表面荷正电，抑制了无机物在该区域的沉积。所得到的氧化物图案为负相图案。该方法未对表面进行任何修饰，在完全亲水的表面上即可获得图案，具有操作简单，成本低廉的优点，且拓展了光电效应在图案化领域的应用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种硅表面二氧化钛、二氧化锆微图案的制备方法
技术介绍
微图案材料的制备己成为许多
的追逐的热点，如微流体、光学、电 子和信息存储等领域。但是，如何通过简便易行且经济廉价的方法制得有序的图 案一直这一领域具有挑战性的课题。光刻技术C4dv.Mfl^: 2004， 76,1249)是当 今最为成熟的图案化技术，该方法用到了光敏的聚合物或光刻胶作为曝光材料。 近年来发展的软刻蚀技术(0^附.及^ 1999,卯，1823)为传统光刻技术开辟了新 路，但该过程一般用到了自组装单层膜作为图案的模板。不管是使用光敏材料， 还是结合自组装膜技术，无疑都增加了操作步骤，提高了生产成本。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种硅表面上图案化二氧化钛、二氧化锆的制备方法。本专利技术巧妙的将光电效应与图案化技术相结合，不仅方法简单，而且价格低 廉。该专利技术丰富了光电效应在图案化领域的应用，对拓展新的图案化方法有着积 极的作用。本专利技术的制备方法包括以下步骤A、 硅基底的处理依次用甲苯、丙酮、乙醇超声清洗硅片，然后置于浓硫酸和双氧水的混合溶液(Piranha溶液)中于90'C煮20-40分钟，水冲洗，氮气吹干；B、 紫外光照硅片上放置光掩膜板，同时用石英片压紧，于紫外灯下光照30 90min,移 去掩膜板，静置；C、 化学沉积将光照后的硅片放入过氧硫酸钛或过氧硫酸锆的水溶液中于8(TC下沉积 20 30分钟，丙酮清洗，更换澄清溶液，重复该过程几次。3本专利技术所用的基底为n(100)型和p(100)型两种单晶硅。 本专利技术所用的光掩膜板为透射电子显微镜中使用的铜网。 本专利技术在化学沉积过程中使用了金属的无机盐作为原料来替代传统的金属 醇盐，是一种廉价的制备图案化无机物薄膜的方法。 本专利技术的工作原理描述如下硅片清洗后表面为一层亲水的Si02层，厚度约为2 3nm。覆盖上铜网后于 紫外灯下光照。表面的SiO2层对于波长M40nm的光线是透过的。体相的单晶硅 为窄带隙半导体，易于受紫外光的激发而发生载流子的迁移。如果只考虑直接跃 迁和单光子激发过程，电子和空穴激发所需要的能量分别为4.3 eV (288nm)和 5.7eV(218nm)。紫外灯主要发射波长大于200nm的光线，因而能够把电子和空 穴同时激发。激发的载流子到达Si/Si02界面后，扩散到外层的Si02表面。由于， 电子和空穴的迁移率有较大的差别，前者是后者的约107倍，这使得电子很快在 界面处被空气捕获或是复合回到体相，而空穴因特别慢的迁移率较长时间的停留 在Si02表面，导致Si02表面荷正电。关闭紫外灯，放置一个小时后，将硅片放入过氧硫酸钛的溶液中于8(TC下 沉积。溶液中的二氧化钛颗粒荷少量的正电荷(5 10mV)，因光照后的区域也 荷一定量的正电荷，正正排斥，所以二氧化钛颗粒在光照区域的沉积变得困难。 相反，未光照的区域与溶液中的钛颗粒缺少相应的排斥力，且考虑到亲水-亲水 的相互作用，使得二氧化钛颗粒在该区域沉积变得更为容易。本专利技术以廉价的无机盐水溶液(过氧硫酸钛、过氧硫酸锆)作为原料来替代 传统的金属醇盐，以化学沉积法制得了图案化的二氧化钛、二氧化锆的无机物薄 膜。紫外光照使得硅表面荷正电，抑制了无机物在该区域的沉积。所得到的氧化 物图案为负相图案。该方法未对表面进行任何修饰，在完全亲水的表面上即可获 得图案，具有操作简单，成本低廉的优点，且拓展了光电效应在图案化领域的应 用。具体实施例方式为了更好的理解本专利技术，通过实施例进行说明 实施例1硅片上制备图案化二氧化钛微结构图案41.硅基底的处理依次用甲苯、丙酮、乙醇超声清洗硅片，然后置于7:3的浓硫酸和双氧水的 混合溶液(Piranha溶液)中于90'C煮30分钟，二次水冲洗，氮气吹干。硅表面的 Si02层厚度约为2 3nm。 2紫外光照硅片上放置铜网，同时用石英片压紧，样品距紫外灯1 2cm，以减小空气 对短波长紫外线的吸收，光照30 90min,移去铜网，静置一小时。 3.化学沉积。将光照后的硅片放入过氧硫酸钛的水溶液中(5mM Ti(S04)2 + 10mM H202)于8(TC下沉积20 30分钟，取出硅片用丙酮清洗，倒掉浑浊 的钛溶液，换为澄清的过氧硫酸钛溶液，重复该过程1 2次。二氧化钛沉积 在未光照的区域，为负相图案，图案高度约为80nm。 实施例2硅片上制备图案化二氧化锆微结构图案 1、 2步骤同实施例1的1、 2步骤。 3.化学沉积。将光照后的硅片放入过氧硫酸锆的水溶液中(5mM Zr(S04)2 + 5mM H202)于8(TC下沉积20 30分钟，取出硅片用丙酮清洗。二氧化锆沉积在未光 照的区域，为负相图案，图案高度约为10nm，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在硅基底上制备二氧化钛或二氧化锆微图案方法，其特征在于该方法包括以下步骤：　Ａ、硅基底的处理　依次用甲苯、丙酮、乙醇超声清洗硅片，然后置于浓硫酸和双氧水的混合溶液（Ｐｉｒａｎｈａ溶液）中于９０℃煮２０－４０分钟，水冲洗，氮气吹干；　Ｂ、紫外光照　硅片上放置光掩膜板，同时用石英片压紧，于紫外灯下光照３０～９０ｍｉｎ，移去掩膜板，静置；　Ｃ、化学沉积　将光照后的硅片放入过氧硫酸钛或过氧硫酸锆的水溶液中于８０℃下沉积２０～３０分钟，丙酮清洗，更换澄清溶液，重复该过程几次。

【技术特征摘要】
1、一种在硅基底上制备二氧化钛或二氧化锆微图案方法，其特征在于该方法包括以下步骤A、硅基底的处理依次用甲苯、丙酮、乙醇超声清洗硅片，然后置于浓硫酸和双氧水的混合溶液(Piranha溶液)中于90℃煮20-40分钟，水冲洗，氮气吹干；B、紫外光照硅片上放置光掩膜板，同时用石...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈淼，梁山，
申请(专利权)人：中国科学院兰州化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：62[中国|甘肃]