CN103641059A - 硅柱支撑的金属膜纳米结构阵列及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种硅柱支撑的金属膜纳米结构阵列及其制备方法。该硅柱支撑的金属膜纳米结构阵列包括一硅片基底，硅片基底上设有硅柱纳米结构阵列，硅柱纳米结构阵列上设有金属膜纳米结构阵列，金属膜纳米结构阵列单元设于硅柱纳米结构阵列单元上。制备方法包括制备单层有序聚苯乙烯纳米球致密排列、制备单层有序聚苯乙烯纳米颗粒非致密排列、制备金属纳米孔阵列掩模、制备纳米结构阵列模版、制备金属膜纳米结构阵列掩模和硅柱支撑的金属膜纳米结构阵列等工艺步骤。本发明的纳米结构阵列具有大面积、高密度、形貌可被改变等优点，制备方法成本低廉、效率高、兼容性好，为研究纳米结构阵列的光学性质、磁性能、催化特性等提供了便利。

Description

硅柱支撑的金属膜纳米结构阵列及其制备方法

技术领域

本发明属于纳米结构制造技术领域，具体涉及一种硅柱支撑的金属膜纳米结构阵列及其制备方法。

背景技术

表面等离子体共振是金属纳米结构所具有的一种特殊光学性能，可以使得金属纳米结构具有特殊的介电性质，其表面等离子体激元可以在远小于入射光的亚波长尺度上有较强的电磁场增强效应，原理上使得光场在纳米尺度上空间可控，在表面增强拉曼散射、等离子体亚波长光刻、太阳能电池等方面极具应用前景。

对周期性金属纳米结构制备技术进行研究，可以对纳米元的构型、尺寸、材质和矩阵参数进行可控地调节，有利于深入研究金属纳米结构表面电荷移动和能量转移的途径和机理，为探索制备具有特定表面等离子体光子学特性的金属纳米结构体系提供帮助。而硅柱支撑的金属膜纳米结构阵列的可控制备将是这个领域的关键技术之一。

目前，纳米结构阵列通常通过“自上而下”或“自下而上”工艺来制备。这些制备工艺大多成本较高，制造效率较低，且受限于加工方式的影响，难以实现硅柱支撑的金属膜纳米结构阵列的可控制备。对金属纳米结构阵列及其制造技术的研究和改进而言，研究如何实现硅柱支撑的金属膜纳米结构阵列的可控制备，具有重大的理论和现实意义，这同时也是本领域技术人员面临的一个巨大挑战。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供大面积、高密度的硅柱支撑的金属膜纳米结构阵列，还提供一种通用性强、适应性广、兼容性好、效率高、成本低、且能够为周期性金属纳米结构的研究提供便利的硅柱支撑的金属膜纳米结构阵列的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为一种硅柱支撑的金属膜纳米结构阵列，所述硅柱支撑的金属膜纳米结构阵列包括一硅片基底，所述硅片基底上设有硅柱纳米结构阵列，所述硅柱纳米结构阵列上设有金属膜纳米结构阵列，金属膜纳米结构阵列单元设于硅柱纳米结构阵列单元上。

上述的硅柱支撑的金属膜纳米结构阵列中，优选的，所述硅柱纳米结构阵列单元为硅柱颗粒，所述硅柱颗粒的平均粒径为10nm～700nm，所述硅柱颗粒的高度为10nm～500nm，相邻硅柱颗粒之间的间距为50nm～5000nm；所述金属膜纳米结构阵列单元的最大直径为20nm～1000nm，金属膜的平均厚度为5nm～50nm。

上述的硅柱支撑的金属膜纳米结构阵列中，优选的，所述硅柱纳米结构阵列和所述金属膜纳米结构阵列均为二维周期性排列的六方阵列结构；所述硅柱纳米结构阵列单元和所述金属膜纳米结构阵列单元的组合呈蘑菇状；所述金属膜纳米结构阵列单元的结构为金字塔结构、屋脊结构、八面体结构、帽结构、碗结构、圆柱体结构或圆锥体结构。

作为一个总的技术构思，本发明还提供了一种硅柱支撑的金属膜纳米结构阵列的制备方法，包括以下步骤：

（1）制备单层有序聚苯乙烯纳米球致密排列：先配制聚苯乙烯纳米球悬浮液体系，将所述聚苯乙烯纳米球悬浮液体系旋涂于一硅片表面，在硅片表面形成单层有序聚苯乙烯纳米球致密排列；

（2）制备单层有序聚苯乙烯纳米颗粒非致密排列：采用等离子体刻蚀法将形成所述致密排列的聚苯乙烯纳米球刻小，在硅片表面得到单层有序聚苯乙烯纳米颗粒非致密排列；

（3）制备金属纳米孔阵列掩模：在覆有单层有序聚苯乙烯纳米颗粒非致密排列的硅片上沉积金属膜，金属膜沉积厚度小于所述聚苯乙烯纳米颗粒粒径的1/2，然后用胶带去除所述聚苯乙烯纳米颗粒，在硅片表面得到金属纳米孔阵列掩模；

（4）制备纳米结构阵列模版：以所述金属纳米孔阵列掩模作为刻蚀掩模，利用硅片的腐蚀特性对硅片进行腐蚀，得到带有金属纳米孔阵列掩模和硅纳米坑的纳米结构阵列模版；

（5）制备金属膜纳米结构阵列掩模：在所述纳米结构阵列模版上直接淀积一层与步骤（3）所述金属膜不同材质的金属材料薄膜，位于所述金属纳米孔阵列掩模层上的金属材料薄膜为第一层金属材料薄膜，位于所述硅纳米坑内的金属材料薄膜为第二层金属材料薄膜，所述第二层金属材料薄膜的沉积厚度小于所述硅纳米坑的深度，淀积完成后湿法腐蚀所述金属纳米孔阵列掩模层，将第一层金属材料薄膜随之去除，将硅片表面重新暴露出来，同时保留所述硅纳米坑内的第二层金属材料薄膜，得到金属膜纳米结构阵列掩模；

（6）制备硅柱支撑的金属膜纳米结构阵列：以金属膜纳米结构阵列掩模作为刻蚀掩模对硅片进行硅干法刻蚀，得到硅柱支撑的金属膜纳米结构阵列。

上述制备方法的步骤（3）中，优选的，所述金属膜所用金属为金、银、铜、铝或铬，所述金属膜的沉积方法为真空蒸镀法或磁控溅射法。

上述制备方法的步骤（5）中，优选的，所述金属材料薄膜所用金属为金、银、铜、铝或其他过渡金属，所述金属材料薄膜的淀积方法为真空蒸镀法或磁控溅射法。

本发明的制备方法将成熟的硅刻蚀工艺和新兴的纳米球光刻技术结合起来，巧妙地利用不同晶向硅片的刻蚀特性，制造出不同形貌特征的纳米结构阵列模版，再淀积以不同材质的金属材料，在进行干法刻蚀后即可制备得到硅柱支撑的金属膜纳米结构阵列。该硅柱支撑的金属膜纳米结构阵列是由底部是一硅柱，顶部支撑一特定相貌的金属薄膜，形如蘑菇状的硅-金属复合材质结构有序排列形成的周期性纳米结构阵列。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

首先，针对金属纳米材料制造的特点，结合现有技术中“自上而下”和“自下而上”两种工艺的优势，本发明研发出面向硅柱支撑的金属膜纳米结构阵列的批量化制备方法，并通过该方法制备得到大面积、高密度的硅柱支撑的金属膜纳米结构阵列，且该硅柱支撑的金属膜纳米结构阵列的形貌特征可被改变，为研究与金属纳米结构形貌、尺寸、阵列排布相关的光学性质、磁性能、催化特性、热动力学性质、电子输运等特性提供了便利，在信息存储、平板显示器、量子点激光器、生化传感器等方面都有着广阔的应用前景。

其次，本发明优化后的技术方案通过两次镀膜作为掩膜层、进行两次刻蚀，依次成功实现了金属膜纳米结构阵列和硅柱纳米结构阵列两种结构的制作，可以为研究硅柱支撑的金属纳米结构的总体特性提供便利。

再次，本发明的技术方案可用于制作金、银、铜及其他过渡金属等不同材质的二维有序金属膜纳米结构阵列，可以为研究与纳米结构材质相关的阵列总体特性提供便利。

最后，本发明采用的主要工艺（包括旋涂工艺、干法刻蚀工艺、金属淀积工艺、硅刻蚀工艺等）均为成熟的微电子机械***（MEMS）工艺，单分散性较好的聚苯乙烯纳米球也可直接外购，因此本发明的技术方案具有通用性强、适应性广、兼容性好、操作方便、效率高、成本低等特点，可以充分利用现有的设备和资源，且对纳米尺度效应向纳米器件的转化也具有重要意义。

附图说明

图1为本发明实施例1中制备得到的覆有单层有序聚苯乙烯纳米球致密排列硅片的局部结构示意图。

图2为本发明实施例1中制备得到的覆有单层有序聚苯乙烯纳米颗粒非致密排列硅片的局部结构示意图。

图3为本发明实施例1中制备得到的镀铬膜硅片的局部结构示意图。

图4为本发明实施例1中制备得到的覆有镀铬纳米孔阵列掩模的硅片局部结构示意图。

图5为本发明实施例1中带有镀铬纳米孔阵列掩模的八面体纳米坑阵列模版的局部结构示意图。

图6为本发明实施例1中镀金膜的八面体纳米坑阵列硅片的局部结构示意图。

图7为本发明实施例1中去除铬膜和表层金膜的附着八面体金膜纳米结构阵列掩模的硅片局部结构示意图。

图8为本发明实施例1中制备得到的硅柱支撑的八面体金膜纳米结构阵列局部结构示意图。

图9为本发明实施例1制备得到的硅柱支撑的八面体金膜纳米结构阵列的SEM图。

图10为本发明实施例2制备得到的硅柱支撑的圆柱筒铜膜纳米结构阵列局部结构示意图。

图11为本发明实施例3制备得到的硅柱支撑的碗形铝膜纳米结构阵列的SEM图。

图例说明：

1、硅片基底；2、硅柱纳米结构阵列；3、金膜纳米结构阵列。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。

实施例1：硅柱支撑的八面体金膜纳米结构阵列及其制备方法

一种本发明的硅柱支撑的金属膜纳米结构阵列，具体为硅柱支撑的八面体金膜纳米结构阵列，如图8和图9所示，包括硅片基底1，在硅片基底1上设有硅柱纳米结构阵列2，硅柱纳米结构阵列2上设有金膜纳米结构阵列3，金膜纳米结构阵列单元设于硅柱纳米结构阵列单元上。

本实施例中，硅柱纳米结构阵列单元为硅柱颗粒，硅柱颗粒的平均粒径为600nm，硅柱颗粒的高度为500nm，相邻硅柱颗粒之间的间距为1000nm，金膜纳米结构阵列单元的结构为八面体，金膜纳米结构阵列单元的最大直径为600nm，金膜的平均厚度为50nm。金膜纳米结构阵列单元和硅柱纳米结构阵列单元的组合呈蘑菇状，硅柱纳米结构阵列2和金膜纳米结构阵列3均为二维周期性排列的六方阵列结构。

一种上述本实施例的硅柱支撑的八面体金膜纳米结构阵列的制备方法，具体包括以下步骤：

1、制备单层有序聚苯乙烯纳米球致密排列

1.1 准备硅片：首先选取尺寸为25mm×25mm×0.5mm的（111）晶向硅片作为衬底，并将硅片先后放入丙酮、乙醇、去离子水中分别超声清洗30min，然后将双氧水和质量分数为98%的浓硫酸（双氧水与浓硫酸的体积比为1∶3）配成的洗液加热到80℃，将超声清洗后的硅片放入洗液中浸泡1h，浸泡后反复冲洗去除酸性物质，再将硅片放入氨水、双氧水和水（体积比为1∶2∶5）配成的洗液（已加热至80℃）中浸泡1h，取出后反复冲洗，获得清洁的且具有良好亲水性表面的硅片，将硅片置于无水乙醇中备用；

1.2 准备聚苯乙烯纳米球悬浮液体系：取平均粒径为1000nm、单分散性小于5%的聚苯乙烯纳米球，并将聚苯乙烯纳米球超声分散于无水乙醇之中，完全分散后于超净间中室温静置挥发，得到体积比为0.3∶1（聚苯乙烯纳米球与溶剂无水乙醇的体积比）的聚苯乙烯纳米球悬浮液体系；

1.3 制备单层有序聚苯乙烯纳米球致密排列：将步骤1.1中经过亲水处理的硅片用氮气吹干，置于匀胶机吸盘上固定好，再取步骤1.2中配制好的聚苯乙烯纳米球悬浮液体系200μL均匀滴在硅片表面，等候1min，使硅片表面完全润湿；然后以3000rpm的转速匀速旋转7min，取下硅片，在硅片上形成如图1所示的单层有序聚苯乙烯纳米球致密排列。

2、制备单层有序聚苯乙烯纳米颗粒非致密排列

将步骤1.3得到的附着有单层有序聚苯乙烯纳米球致密排列的硅片放入刻蚀机真空腔中进行等离子体刻蚀，将聚苯乙烯纳米球刻小至粒径为600nm，在硅片上形成如图2所示的单层有序聚苯乙烯纳米颗粒非致密排列。

3、制备金属纳米孔阵列掩模

3.1 沉积铬膜：将经过上述步骤2处理的附着有单层有序聚苯乙烯纳米颗粒非致密排列的硅片放入电子束蒸发镀膜***的工作腔中，镀制50nm厚的铬膜，得到如图3所示的镀铬膜硅片；

3.2 去除聚苯乙烯纳米颗粒：在上述步骤3.1制得的镀铬膜硅片上使用胶带反复粘除硅片上的聚苯乙烯纳米颗粒5次，再将该硅片置于二氯甲烷溶液中，超声清洗30min，溶解残余的聚苯乙烯纳米颗粒，制得如图4所示的覆有镀铬纳米孔阵列掩模的硅片。

4、制备八面体纳米坑阵列模版

配制硅腐蚀溶液（硅腐蚀液使用质量分数为25%的四甲基氢氧化铵溶液），升温至45℃后对步骤3.2中制得的覆有镀铬纳米孔阵列掩模的硅片腐蚀5min，在镀铬纳米孔阵列掩模下形成如图5所示的带有镀铬纳米孔阵列掩模的八面体纳米坑阵列模版。

5、附着八面体金膜纳米结构阵列掩模

5.1 淀积金属金：将上述步骤4制得的带有镀铬纳米孔阵列掩模的八面体纳米坑阵列模版放入电子束蒸发镀膜***的工作腔中，镀制50nm厚的金膜，得到如图6所示的镀金膜的八面体纳米坑阵列硅片。

5.2 制备纳米结构阵列模版：配制铬腐蚀液（铬腐蚀液是由质量比为10∶5∶100的硝酸铈铵、乙酸和水组成），将上述步骤5.1中得到的镀金膜硅片放入该铬腐蚀液中，室温下腐蚀约60s去除铬膜和其表面的金膜，将硅片表面重新暴露出来，留下在硅八面体纳米坑中的金膜，即得到如图7所示的附着八面体金膜纳米结构阵列掩模的硅片。

6、制备硅柱支撑的八面体金膜纳米结构阵列

将上述步骤5.2得到的附着八面体金膜纳米结构阵列掩模的硅片放入刻蚀机真空腔中，以三氟甲烷和氩气为气源，以硅八面体纳米坑中的金膜阵列为掩模，对硅片衬底进行等离子体刻蚀，在硅片上形成如图8和图9所示的硅柱支撑的八面体金膜纳米结构阵列。

实施例2：硅柱支撑的圆柱筒铜膜纳米结构阵列及其制备方法

一种本发明的硅柱支撑的金属膜纳米结构阵列，具体为硅柱支撑的圆柱筒铜膜纳米结构阵列，包括硅片基底1，在硅片基底1上设有硅柱纳米结构阵列2，硅柱纳米结构阵列2上设有铜膜纳米结构阵列，铜膜纳米结构阵列单元设于硅柱纳米结构阵列单元上。

本实施例中，硅柱纳米结构阵列单元为硅柱颗粒，硅柱颗粒的平均粒径为150nm，硅柱颗粒的高度为100nm，相邻硅柱颗粒之间的间距为250nm，铜膜纳米结构阵列单元的结构为圆柱体，圆柱体的直径为150nm、高度为50nm，铜膜纳米结构阵列单元的最大直径为150nm，铜膜的平均厚度为30nm。铜膜纳米结构阵列单元和硅柱纳米结构阵列单元的组合呈蘑菇状，硅柱纳米结构阵列2和铜膜纳米结构阵列均为二维周期性排列的六方阵列结构。

一种上述本实施例的硅柱支撑的圆柱筒铜膜纳米结构阵列的制备方法，具体包括以下步骤：

1、制备单层有序聚苯乙烯纳米球致密排列

1.1 准备硅片：首先选取尺寸为25mm×25mm×0.5mm的（100）晶向硅片作为衬底，将硅片先后放入丙酮、乙醇、去离子水中分别超声清洗30min，然后将双氧水和98%的浓硫酸配成的洗液加热到80℃，将超声清洗后的硅片放入洗液中浸泡1h，浸泡后反复冲洗去除酸性物质，再将硅片放入氨水、双氧水和水配成的80℃的洗液中浸泡1h，取出后反复冲洗，获得清洁的且具有良好亲水性表面的硅片，将硅片置于无水乙醇中备用；

1.2 准备聚苯乙烯纳米球悬浮液体系：取平均粒径为250nm、单分散性小于5%的聚苯乙烯纳米球，并将聚苯乙烯纳米球超声分散于无水乙醇之中，完全分散后于超净间中室温静置挥发，得到体积比为0.25∶1（聚苯乙烯纳米球与溶剂无水乙醇的体积比）的聚苯乙烯纳米球悬浮液体系；

1.3 制备单层有序聚苯乙烯纳米球致密排列：将步骤1.1中经过亲水处理的硅片用氮气吹干，置于匀胶机吸盘上固定好，再取步骤1.2中配制好的聚苯乙烯纳米球悬浮液体系200μL均匀滴在硅片表面，等候30s，使硅片表面完全润湿；然后以2000rpm的转速匀速旋转12min，取下硅片，在硅片上形成单层有序聚苯乙烯纳米球致密排列。

2、制备单层有序聚苯乙烯纳米颗粒非致密排列

将步骤1.3得到的附着有单层有序聚苯乙烯纳米球致密排列的硅片放入刻蚀机真空腔中进行等离子体刻蚀，将聚苯乙烯纳米球刻小至粒径为150nm，在硅片上形成单层有序聚苯乙烯纳米颗粒非致密排列。

3、制备金属纳米孔阵列掩模

本步骤与实施例1的步骤3相同，将附着有单层有序聚苯乙烯纳米颗粒非致密排列的硅片制备成覆有镀铬纳米孔阵列掩模的硅片。

4、干法刻蚀制备纳米圆柱体阵列模版

在上述步骤3制得的覆有镀铬纳米孔阵列掩模的硅片上，以六氟化硫和氩气为气源对硅片进行刻蚀，在镀铬纳米孔阵列掩模下形成带有镀铬纳米孔阵列掩模的纳米圆柱体阵列模版。

5、附着圆柱筒铜膜纳米结构阵列掩模

5.1 淀积金属铜：将上述步骤4中制得的带有镀铬纳米孔阵列掩模的纳米圆柱体阵列模版放入磁控溅射***的工作腔中，溅射30nm厚的铜膜，完成铜淀积，得到镀铜膜硅片；

5.2 制备纳米结构阵列模版：配制铬腐蚀液（铬腐蚀液是由质量比为10∶5∶100的硝酸铈铵、乙酸和水组成），将上述步骤5.1中得到的镀铜膜硅片放入该铬腐蚀液中，室温下腐蚀约60s去除铬膜和其表面的铜膜，将硅片表面重新暴露出来，留下在硅纳米圆柱体坑中的铜膜，即得到附着圆柱筒铜膜纳米结构阵列掩模的硅片。

6、制备硅柱支撑的圆柱筒铜膜纳米结构阵列

本步骤与实施例1的步骤6相同，将附着圆柱筒铜膜纳米结构阵列掩模的硅片制备得到如图10所示的硅柱支撑的圆柱筒铜膜纳米结构阵列。

实施例3：硅柱支撑的碗形铝膜纳米结构阵列及其制备方法

一种本发明的硅柱支撑的金属膜纳米结构阵列，具体为硅柱支撑的碗形铝膜纳米结构阵列，包括硅片基底1，在硅片基底1上设有硅柱纳米结构阵列2，硅柱纳米结构阵列2上设有铝膜纳米结构阵列，铝膜纳米结构阵列单元设于硅柱纳米结构阵列单元上。

本实施例中，硅柱纳米结构阵列单元为硅柱颗粒，硅柱颗粒的平均粒径为300nm，硅柱颗粒的高度为200nm，相邻硅柱颗粒之间的间距为450nm，铝膜纳米结构阵列单元的结构为碗状结构，碗状结构的最大直径为300nm，高度为100nm，铝膜的平均厚度为40nm。铝膜纳米结构阵列单元和硅柱纳米结构阵列单元的组合呈蘑菇状，硅柱纳米结构阵列2和铝膜纳米结构阵列均为二维周期性排列的六方阵列结构。

一种上述本实施例的硅柱支撑的铝纳米碗阵列的制备方法，具体包括以下步骤：

1、制备单层有序聚苯乙烯纳米球致密排列

1.1 准备硅片：首先选取尺寸为25mm×25mm×0.5mm的（100）晶向硅片作为衬底，并把硅片先后放入丙酮、乙醇、去离子水中分别超声清洗30min，然后将双氧水和98%的浓硫酸配成的洗液加热到80℃，将超声清洗后的硅片放入洗液中浸泡1h，浸泡后反复冲洗去除酸性物质，再将硅片放入氨水、双氧水和水配成的80℃的洗液中浸泡1h，取出后反复冲洗，获得清洁的且具有良好亲水性表面的硅片，将硅片置于无水乙醇中备用；

1.2 准备聚苯乙烯纳米球悬浮液体系：取平均粒径为450nm、单分散性小于5%的聚苯乙烯纳米球，并将聚苯乙烯纳米球超声分散于无水乙醇之中，完全分散后于超净间中室温静置挥发，得到体积比为0.2∶1（聚苯乙烯纳米球与溶剂无水乙醇的体积比）的聚苯乙烯纳米球悬浮液体系；

1.3 制备单层有序聚苯乙烯纳米球致密排列：把步骤1.1中经过亲水处理的硅片用氮气吹干，置于匀胶机吸盘上固定好，再取步骤1.2中配制好的聚苯乙烯纳米球悬浮液体系200μL均匀滴在硅片表面，等候30s，使硅片表面完全润湿；然后以3000rpm的转速匀速旋转10min，取下硅片，在硅片上形成单层有序聚苯乙烯纳米球致密排列。

2、制备单层有序聚苯乙烯纳米颗粒非致密排列

将步骤1.3得到的附着有单层有序聚苯乙烯纳米球致密排列的硅片放入刻蚀机真空腔中进行等离子体刻蚀，将聚苯乙烯纳米球刻小至粒径为300nm，在硅片上形成单层有序聚苯乙烯纳米颗粒非致密排列。

3、制备金属纳米孔阵列掩模

本步骤与实施例1的步骤3相同，得到覆有镀铬纳米孔阵列掩模的硅片。

4、各向同性湿法刻蚀制备纳米碗阵列模版

配置各向同性硅腐蚀液（质量比为HNO₃∶H₂O∶NH₄F=126∶60∶5），将上述步骤3制得的覆有镀铬纳米孔阵列掩模的硅片在50℃下腐蚀5min，在镀铬纳米孔阵列掩模下形成带有镀铬纳米孔阵列掩模的纳米碗阵列模版。

5、附着碗形铝膜纳米结构阵列掩模

5.1 淀积金属铝：将上述步骤4中制得的带有镀铬纳米孔阵列掩模的纳米碗阵列模版放入磁控溅射***的工作腔中，溅射40nm厚的铝膜，完成铝淀积，得到镀铝膜硅片；

5.2 制备纳米碗阵列模版：配制铬腐蚀液（铬腐蚀液是由质量比为10∶5∶100的硝酸铈铵、乙酸和水组成），将上述步骤5.1中得到的镀铝膜硅片放入该铬腐蚀液中，室温下腐蚀约60s去除铬膜和其表面的铝膜，将硅片表面重新暴露出来，留下在硅纳米半球坑中的铝膜，即得到附着碗形铝膜纳米结构阵列掩模的硅片。

6、制备硅柱支撑的碗形铝膜纳米结构阵列

本步骤与实施例1的步骤6相同，将附着碗形铝膜纳米结构阵列掩模的硅片制备得到如图11所示的硅柱支撑的碗形铝膜纳米结构阵列。

以上实施例仅是本发明技术方案的列举，本领域技术人员根据本发明的技术方案、实施例及现有的知识，在工艺参数上做适当调整后还可以分别制备出硅柱支撑的金属纳米金字塔结构阵列、金属纳米屋脊结构阵列等，这些在本发明的基本思想及工艺原理基础上做出的任何非实质性改动，均属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种硅柱支撑的金属膜纳米结构阵列，其特征在于：所述硅柱支撑的金属膜纳米结构阵列包括一硅片基底，所述硅片基底上设有硅柱纳米结构阵列，所述硅柱纳米结构阵列上设有金属膜纳米结构阵列，金属膜纳米结构阵列单元设于硅柱纳米结构阵列单元上。

2.根据权利要求1所述的硅柱支撑的金属膜纳米结构阵列，其特征在于：所述硅柱纳米结构阵列单元为硅柱颗粒，所述硅柱颗粒的平均粒径为10nm～700nm，所述硅柱颗粒的高度为10nm～500nm，相邻硅柱颗粒之间的间距为50nm～5000nm；所述金属膜纳米结构阵列单元的最大直径为20nm～1000nm，金属膜的平均厚度为5nm～50nm。

3.根据权利要求1或2所述的硅柱支撑的金属膜纳米结构阵列，其特征在于：所述硅柱纳米结构阵列和所述金属膜纳米结构阵列均为二维周期性排列的六方阵列结构；所述硅柱纳米结构阵列单元和所述金属膜纳米结构阵列单元的组合呈蘑菇状；所述金属膜纳米结构阵列单元的结构为金字塔结构、屋脊结构、八面体结构、帽结构、碗结构、圆柱体结构或圆锥体结构。

4.一种如权利要求1～3任一项所述的硅柱支撑的金属膜纳米结构阵列的制备方法，包括以下步骤：

（1）制备单层有序聚苯乙烯纳米球致密排列：先配制聚苯乙烯纳米球悬浮液体系，将所述聚苯乙烯纳米球悬浮液体系旋涂于一硅片表面，在硅片表面形成单层有序聚苯乙烯纳米球致密排列；

（2）制备单层有序聚苯乙烯纳米颗粒非致密排列：采用等离子体刻蚀法将形成所述致密排列的聚苯乙烯纳米球刻小，在硅片表面得到单层有序聚苯乙烯纳米颗粒非致密排列；

（3）制备金属纳米孔阵列掩模：在覆有单层有序聚苯乙烯纳米颗粒非致密排列的硅片上沉积金属膜，金属膜沉积厚度小于所述聚苯乙烯纳米颗粒粒径的1/2，然后用胶带去除所述聚苯乙烯纳米颗粒，在硅片表面得到金属纳米孔阵列掩模；

（4）制备纳米结构阵列模版：以所述金属纳米孔阵列掩模作为刻蚀掩模，利用硅片的腐蚀特性对硅片进行腐蚀，得到带有金属纳米孔阵列掩模和硅纳米坑的纳米结构阵列模版；

（5）制备金属膜纳米结构阵列掩模：在所述纳米结构阵列模版上直接淀积一层与步骤（3）所述金属膜不同材质的金属材料薄膜，位于所述金属纳米孔阵列掩模层上的金属材料薄膜为第一层金属材料薄膜，位于所述硅纳米坑内的金属材料薄膜为第二层金属材料薄膜，所述第二层金属材料薄膜的沉积厚度小于所述硅纳米坑的深度，淀积完成后湿法腐蚀所述金属纳米孔阵列掩模层，将第一层金属材料薄膜随之去除，将硅片表面重新暴露出来，同时保留所述硅纳米坑内的第二层金属材料薄膜，得到金属膜纳米结构阵列掩模；

（6）制备硅柱支撑的金属膜纳米结构阵列：以金属膜纳米结构阵列掩模作为刻蚀掩模对硅片进行硅干法刻蚀，得到硅柱支撑的金属膜纳米结构阵列。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述步骤（3）中，所述金属膜所用金属为金、银、铜、铝或铬，所述金属膜的沉积方法为真空蒸镀法或磁控溅射法。

6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述步骤（5）中，所述金属材料薄膜所用金属为金、银、铜、铝或其他过渡金属，所述金属材料薄膜的淀积方法为真空蒸镀法或磁控溅射法。

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