一种图形化纳米颗粒自组装制造方法技术

本发明专利技术涉及一种图形化纳米颗粒自组装制造方法，其步骤包括：采用单面抛光单晶硅衬底,通过化学气相淀积方法在硅衬底表面淀积出一层聚对二甲苯薄膜；通过传统光刻方法，在硅衬底表面制作所需的光刻胶掩模图形；采用氧等离子体刻蚀方法，刻蚀裸露的聚对二甲苯薄膜；采用金刚石划片机对硅衬底进行划片；采用丙酮去除在硅衬底表面的光刻胶；将去除光刻胶后的硅衬底浸泡在浓硫酸、双氧水的混合液中，取出后用去离子水清洗；取一定量制备好的纳米颗粒悬浊液，滴入到装有乙醇的容器中，将两种液体混合均匀并缓慢倒入已装有去离子水的培养皿中；将得到的硅衬底完全浸泡在培养皿中的液体后，取出放置在另一培养皿中，并水平放入一干燥箱内，在室温条件下自然蒸发后得到具有图形化纳米颗粒自组装的硅衬底。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及，特别是关于一种利用纳米颗粒蒸发诱导自组装现象，制备出亲疏水性硅衬底辅助纳米颗粒自组装的制造方法。
技术介绍
自组装(self-assembly)是指分子及纳米颗粒等结构单元在平衡条件下,通过非共价键作用自发地缔结成热力学稳定的、结构上确定的、性能上特殊的聚集体的过程。自组装最大的特点为自组装的过程一旦开始，将自动进行到某个预期的终点，分子等结构单元将自动排列成有序的图形，即使是形成复杂的功能体系也不需要外力的作用。自组装可以形成单分子层、膜、囊泡、胶束、微管、小棒及更复杂的有机-金属、有机-无机、生物-非生物的复合物等，其多样性超过其它方法所制备的材料。纳米颗粒的自组装排布方法有很多种，按实现途径来分主要有:浸溃涂布、旋转涂布、电泳淀积和蒸发自组装等。蒸发自组装时，将经过适当处理的基片浸泡在纳米颗粒悬浊液中(或者将悬浊液滴在基片表面上)，控制周围环境的温度、湿度、气体流速等，使悬浊液以一定速度蒸发。当液面厚度接近或者小于纳米颗粒直径时，纳米颗粒将逐渐析出，表面张力和范德华力等因素迫使它们固定于衬底表面并紧密排列，从而在基片上获得具有特殊结构的规则有序纳米颗粒阵列。与其它自组装排布方法相比，蒸发自组装方法在可操作性和排列结果的规则性上具有显著优势。但是由于所采用的衬底是单面抛光、表面无其它结构的单晶硅片，所制备的纳米颗粒密排结构分布于整个衬底表面上，且无特定的图形。因此，这种自组装方法可控性较差，难以图形化，适用范围有限。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的是为了提高纳米颗粒自组装过程的可控性、实现图形化排布，提出了亲疏水性硅 衬底辅助纳米颗粒自组装制造方法。为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案:，其包括以下步骤:1)采用4英寸单面抛光单晶硅衬底，通过化学气相淀积方法在硅衬底表面淀积出一层聚对二甲苯薄膜；2)通过传统光刻方法,在娃衬底表面制作所需的光刻胶掩模图形；3)采用氧等离子体刻蚀方法，刻蚀裸露的聚对二甲苯薄膜；4)采用金刚石划片机对硅衬底进行划片；5)采用丙酮去除在硅衬底表面的光刻胶；6)将硅衬底在温度为120°C的浓硫酸、双氧水的混合液中浸泡10分钟,取出后用去离子水清洗5 10次；7)取10 15uL的制备好的纳米颗粒悬浊液，滴入到装有ImL乙醇的容器中，将两种液体混合均匀并缓慢倒入已装有去离子水的培养皿中；8)将步骤6)得到的硅衬底完全浸泡在培养皿中的液体后，取出放置在另一培养皿中，并水平放入一干燥箱内，在室温条件下自然蒸发后，即得到具有图形化纳米颗粒的硅衬底。所述步骤2)中，光刻胶掩模厚度为1.0 μ m 2.0 μ m。所述步骤3)中，聚对二甲苯薄膜厚度为50nm 150nm。所述步骤6)中，双氧水的质量分数为40%，浓硫酸和双氧水的体积比为4:1。所述步骤7)中的纳米颗粒悬浊液为聚苯乙烯纳米颗粒悬浊液。所述步骤7)中的纳米颗粒悬浊液为二氧化硅纳米颗粒悬浊液。所述步骤8)中，在干燥箱内通入氮气加速蒸发。本专利技术由于采取以上技术方案，其具有以下优点:1、本专利技术利用硅衬底表面的亲疏水性差异使纳米颗粒自组装定位在限定区域，解决了纳米颗粒自组装可控性较差和难以图形化的问题，提高了自组装技术的应用范围，使本专利技术的可操作性、可控性和排列结果的规则性与其它自组装方法相比具有明显优势，特别是在制备图形化的规则密排纳米颗粒阵列方面其作用难以替代。2、本专利技术中所使用的氧等离子体干法去胶技术和常规光刻技术都源自于微电子制造技术，因此可方便地实现批量和并行加工。3、本专利技术采用蒸发自组装方法，操作简单，本专利技术可以广泛用于在光电子、生物制药、化工等领域，并对某些领域产生未可预知的促进作用。附图说明图1是本·专利技术衬底上生长聚对二甲苯薄膜示意2是本专利技术通过传统光刻法定义出光刻胶掩模图形；图2a是本专利技术涂有光刻胶掩模示意图；图2b是通过传统光刻法光刻光刻胶掩模后示意3是本专利技术用氧等离子体刻蚀聚对二甲苯薄膜后的示意4是本专利技术丙酮去胶后得到具有亲水性差异的图形化衬底示意5是本专利技术在图形化衬底基础上进行蒸发自组装示意6是本专利技术最终实现的图形化纳米颗粒自组装示意7是图6的俯视示意8是通过本专利技术方法得到的图形化纳米颗粒自组装排布结果的电子显微镜效果图；图8a是本专利技术纳米颗粒自组装排布结果的电子显微镜效果图；图Sb是图8a的局部放大图具体实施例方式下面结合附图和实施例对本专利技术进行详细的描述。I)如图1所示,准备4英寸单面抛光单晶娃衬底1，通过化学气相淀积(ChemicalVapor Deposition-CVD)方法在娃衬底I表面淀积出一层聚对二甲苯(Parylene)薄膜2。2)如图2所不,通过传统光刻方法,在娃衬底I表面上旋涂光刻胶3掩模(如图2a所示)，再按照甩胶、前烘、曝光、后烘和显影的制作顺序，在硅衬底I表面制作所需的光刻胶3掩模图形(如图2b所示)；其中，光刻胶3掩模厚度为1.0μπι 2.0μπι。3)如图3所示，采用氧等离子体刻蚀方法，刻蚀裸露的聚对二甲苯薄膜2。其中，本专利技术采用的氧等离子体去胶机在刻蚀光刻胶3掩模和聚对二甲苯薄膜2时，刻蚀速度基本相等，约为3nm/s ;而光刻胶3掩模厚度远大于聚对二甲苯薄膜2，因此当裸露的聚对二甲苯薄膜2被完全去除时，光刻胶3掩模依然存在于具有聚对二甲苯薄膜2的娃衬底I表面上。其中，聚对二甲苯薄膜2厚度为50nm 150nm。4)采用金刚石划片机按步距IcmX Icm对娃衬底I进行划片；5)如图4所示，将由步骤3)得到的具有光刻胶3掩模和聚对二甲苯薄膜2的硅衬底I采用丙酮去除在该硅衬底I表面的光刻胶3掩模，得到具有亲疏水性差异的图形化表面的硅衬底I。其中，露出的硅衬底I表面被氧等离子体活化并非常亲水，而被光刻胶3保护的聚对二甲苯薄膜2表面相对疏水。6)常规清洗，将硅衬底I在120°C的浓硫酸、双氧水的混合液中浸泡10分钟，取出后用去离子水清洗5 10次；其中，混合液双氧水质量分数为40%，浓硫酸和双氧水的体积比为4:1。7)配置纳米颗粒悬浊液4，用量程为20uL 200uL的移液计，取10 15uL配置好的纳米颗粒悬浊液4，滴入到装有ImL乙醇的容器中，将两种液体混合均匀并缓慢倒入已装有去离子水的培养皿中。其中，由于培养皿中有乙醇的存在，纳米颗粒悬浊液4在去离子水中将迅速分散，使纳米颗粒5在蒸发后能够均匀地排布在硅衬底I表面上；其中，纳米颗粒悬浊液4是通过纳米颗粒原溶液进行去离子水稀释得到的，纳米颗粒原溶液为市售产品；纳米颗粒悬浊液4中去离子水的量是根据纳米颗粒原溶液和需要配置的悬浊液的浓度计算得到的 ，为了实现纳米颗粒的单层密排，配置好的纳米颗粒悬浊液的浓度一般约为每毫升悬浊液中含有I X IO12 8X IO12个纳米颗粒；此处浓度仅作为参考，实际操作中需要反复试验，以寻求最佳浓度范围。纳米颗粒悬浊液4适用于二氧化硅纳米颗粒悬池液，也适用于聚苯乙烯纳米颗粒悬池液；纳米颗粒悬池液涵盖多种纳米颗粒直径，从250nm 940nm不等。8)将步骤6)清洗后的硅衬底I在室温条件下浸泡于由步骤7)配置好的纳米颗粒悬池液4中，待娃衬底I完全浸泡在纳米颗粒悬池液4后就可以取出。如图5所不，由于未疏水性的差异，纳米颗粒悬浊液4将被限定在硅衬底I表面的亲水区域内，而相本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种图形化纳米颗粒自组装制造方法，其包括以下步骤：1）采用4英寸单面抛光单晶硅衬底,通过化学气相淀积方法在硅衬底表面淀积出一层聚对二甲苯薄膜；2）通过传统光刻方法，在硅衬底表面制作所需的光刻胶掩模图形；3）采用氧等离子体刻蚀方法，刻蚀裸露的聚对二甲苯薄膜；4）采用金刚石划片机对硅衬底进行划片；5）采用丙酮去除在硅衬底表面的光刻胶；6）将硅衬底在温度为120℃的浓硫酸、双氧水的混合液中浸泡10分钟，取出后用去离子水清洗5～10次；7）取10～15uL的制备好的纳米颗粒悬浊液，滴入到装有1mL乙醇的容器中，将两种液体混合均匀并缓慢倒入已装有去离子水的培养皿中；8）将步骤6）得到的硅衬底完全浸泡在培养皿中的液体后，取出放置在另一培养皿中，并水平放入一干燥箱内，在室温条件下自然蒸发后，即得到具有图形化纳米颗粒的硅衬底。

【技术特征摘要】
1.一种图形化纳米颗粒自组装制造方法，其包括以下步骤: 1)采用4英寸单面抛光单晶硅衬底，通过化学气相淀积方法在硅衬底表面淀积出一层聚对二甲苯薄膜； 2)通过传统光刻方法，在硅衬底表面制作所需的光刻胶掩模图形； 3)采用氧等离子体刻蚀方法，刻蚀裸露的聚对二甲苯薄膜； 4)采用金刚石划片机对硅衬底进行划片； 5)采用丙酮去除在硅衬底表面的光刻胶； 6)将硅衬底在温度为120°C的浓硫酸、双氧水的混合液中浸泡10分钟，取出后用去离子水清洗5 10次； 7)取10 15uL的制备好的纳米颗粒悬浊液，滴入到装有ImL乙醇的容器中，将两种液体混合均匀并缓慢倒入已装有去离子水的培养皿中； 8)将步骤6)得到的硅衬底完全浸泡在培养皿中的液体后，取出放置在另一培养皿中，并水平放入一干燥箱内，在室温条件下自然蒸发后，即得到具有图形化纳米颗粒的硅衬底。2.如权利要求1所述的一种图形化纳米颗粒自组装制造方法，其特征在于:所述步骤 2)中，光刻...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴文刚，杨增飞，钱闯，王诣斐，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：