CN105336566A - 一种纳米级微结构的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种纳米级微结构的制备方法，其包括：提供一碳纳米管结构，该碳纳米管结构包括多个有序排列的碳纳米管；将所述碳纳米管结构悬空设置，并在所述碳纳米管结构的表面设置一预制层，使每个碳纳米管表面的预制层的厚度为3纳米~50纳米，而得到一碳纳米管复合结构；将所述碳纳米管复合结构设置于一基板的表面形成一掩模层，该掩模层具有多个微孔，暴露出所述基板的部分表面；以及，干法刻蚀所述基板，在所述基板的表面形成微结构。

Description

一种纳米级微结构的制备方法
技术领域
本发明涉及一种微结构的制备方法，尤其涉及一种纳米级微结构的制备方法。
背景技术
在现有技术中，制作各种半导体设备时，常需要制作具有数十纳米到数百纳米的微结构。具有上述微结构的制作方法主要有电子束的光刻方法、等离子体刻蚀法等。在该些方法中，掩模层图案化需要较复杂的步骤，上述方法均需要大型的设备和仪器，工艺较复杂，时间较长，并且尺寸难以做到纳米级尺寸。
发明内容
有鉴于此，确有必要提供一种微结构的制备方法，该制备方法工艺简单。
一种纳米级微结构的制备方法，其包括：提供一碳纳米管结构，该碳纳米管结构包括多个有序排列的碳纳米管；将所述碳纳米管结构悬空设置，并在所述碳纳米管结构的表面设置一预制层，使每个碳纳米管表面的预制层的厚度为3纳米~50纳米，而得到一碳纳米管复合结构；将所述碳纳米管复合结构设置于一基板的表面形成一掩模层，该掩模层具有多个微孔，暴露出所述基板的部分表面；以及，干法刻蚀所述基板，在所述基板的表面形成微结构。
一种纳米级微结构的制备方法，其包括：提供一碳纳米管结构，该碳纳米管结构包括多个有序排列的碳纳米管；将所述碳纳米管结构悬空设置，并在所述碳纳米管结构的表面设置一预制层，使每个碳纳米管表面的预制层的厚度为3纳米~50纳米，而得到一碳纳米管复合结构；提供一基板，在所述基板的表面预先沉积一过渡层；将所述碳纳米管复合结构设置于带有过渡层的基板的表面形成一掩模层，该掩模层具有多个微孔，暴露所述过渡层的部分表面；以及，依次干法刻蚀所述过渡层以及基板，在所述基板的表面形成微结构。
一种纳米级微结构的制备方法，其包括：提供一悬空设置的碳纳米管结构，该碳纳米管结构包括多个有序排列的碳纳米管；在所述碳纳米管结构中的每个碳纳米管表面形成一预制层，所述预制层的厚度为3纳米~50纳米，而得到一碳纳米管复合结构，所述碳纳米管复合结构具有多个通孔；将所述碳纳米管复合结构设置于一基板的表面形成一掩模层，该掩模层具有多个微孔，对应通孔位置处的基板暴露出来；以及，对通孔位置处的基板进行干法刻蚀，在所述基板的表面形成微结构。
相较于现有技术，本发明所述微结构的制备方法通过在碳纳米管结构的表面设置预制层得到碳纳米管复合结构，然后以碳纳米管复合结构作为掩模层刻蚀基板，得到所述微结构。由于采用碳纳米管结构作为骨架，碳纳米管结构具有多个微孔，因而得到的掩模层也相应的具有多个微孔，该方法可轻易的实现图案化的掩模层。并且由于所述碳纳米管复合结构的尺寸以及图形可以根据具体需要设置，从而实现可控的制备不同图案的所述微结构。该制备方法简单、效率高，且易于产业化。
附图说明
图1为本发明第一实施例提供的所述微结构的制备方法的流程图。
图2为本发明第一实施例提供的所述碳纳米管复合结构的截面图。
图3为本发明采用的碳纳米管拉膜的扫描电镜照片。
图4为本发明采用的非扭转的碳纳米管线的扫描电镜照片。
图5为本发明采用的扭转的碳纳米管线的扫描电镜照片。
图6为本发明第一实施例提供的碳纳米管复合结构的扫描电镜照片。
图7为本发明第一实施例提供的微结构的扫描电镜照片。
图8为本发明第二实施例提供的所述微结构的制备方法的流程图。
主要元件符号说明
碳纳米管结构 110
第一微孔 111
预制层 120
碳纳米管复合结构 130
第二微孔 132
基板 140
掩模层 150
微孔 152
微结构 160
过渡层 142
如下具体实施例将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
以下将结合附图对纳米级微结构及其制备方法的各个实施例作进一步的详细说明。
请参阅图1以及图2，本发明第一实施例提供一种纳米级微结构的制备方法，其包括以下步骤：
步骤S10，提供一碳纳米管结构110，该碳纳米管结构110包括多个有序排列的碳纳米管；
步骤S20，在所述碳纳米管结构110的表面设置一预制层120，使每个碳纳米管表面的预制层120的厚度为3纳米~50纳米，而得到一碳纳米管复合结构130；
步骤S30，将所述碳纳米管复合结构130设置于一基板140的表面形成一掩模层150，该掩模层具有多个微孔152，暴露出所述基板140的部分表面；以及
步骤S40，干法刻蚀所述基板140，在所述基板140的表面形成微结构160。
在步骤S10中，所述碳纳米管结构110中的碳纳米管包括单壁碳纳米管、双壁碳纳米管及多壁碳纳米管中的一种或多种。所述碳纳米管结构110中的碳纳米管平行于所述碳纳米管结构110的表面。所述单壁碳纳米管的直径为0.5纳米~10纳米，双壁碳纳米管的直径为1.0纳米~15纳米，多壁碳纳米管的直径为1.5纳米~50纳米。所述碳纳米管的长度大于50微米。优选地，该碳纳米管的长度为200微米~900微米。
所述碳纳米管结构110包括至少一碳纳米管膜、至少一碳纳米管线状结构或其组合。所述碳纳米管膜包括多个均匀分布的碳纳米管。该碳纳米管膜中的多个碳纳米管沿一个方向延伸，该多个碳纳米管组成多个碳纳米管束，所述碳纳米管的延伸方向平行于所述碳纳米管膜的表面。具体地，该碳纳米管膜可包括一碳纳米管拉膜。该碳纳米管线状结构包括至少一非扭转的碳纳米管线、至少一扭转的碳纳米管线或其组合。当所述碳纳米管线状结构包括多根非扭转的碳纳米管线或扭转的碳纳米管线时，该非扭转的碳纳米管线或扭转的碳纳米管线可以相互平行呈一束状结构，或相互扭转呈一绞线结构。请参阅图3，具体地，该碳纳米管拉膜包括多个连续且定向排列的碳纳米管束。该多个碳纳米管束通过范德华力首尾相连。每一碳纳米管束包括多个相互平行的碳纳米管，该多个相互平行的碳纳米管通过范德华力紧密结合。该碳纳米管束的直径为10纳米~200纳米，优选的，10纳米~100纳米。该碳纳米管拉膜中的碳纳米管沿同一方向择优取向排列。所述碳纳米管拉膜包括多个第一微孔111。该第一微孔111为一贯穿该层状的碳纳米管结构的厚度方向的通孔。该第一微孔111可为孔隙和/或间隙。当所述碳纳米管结构110仅包括单层碳纳米管拉膜时，该碳纳米管拉膜中相邻的碳纳米管片段之间具有间隙，其中，该间隙的尺寸为1纳米~0.5微米。可以理解，在由多层碳纳米管拉膜组成的碳纳米管结构110中，相邻两个碳纳米管拉膜中的碳纳米管的排列方向有一夹角α，且0°＜α≤90°，从而使相邻两层碳纳米管拉膜中的碳纳米管相互交叉组成一网状结构，该网状结构包括多个孔隙，该多个孔隙均匀且规则分布于碳纳米管结构110中，其中，该孔隙直径为1纳米~0.5微米。所述碳纳米管拉膜的厚度为0.01微米~100微米。所述碳纳米管拉膜可以通过拉取一碳纳米管阵列直接获得。所述碳纳米管拉膜的结构及其制备方法请参见范守善等人于2007年2月9日申请的，于2010年5月26日公告的第CN101239712B号中国公告专利“碳纳米管薄膜结构及其制备方法”，申请人：清华大学，鸿富锦精密工业（深圳）有限公司。为节省篇幅，仅引用于此，但上述申请所有技术揭露也应视为本发明申请技术揭露的一部分。
该多个碳纳米管线状结构相互平行间隔或者呈一定角度交叉排列而形成一层状的碳纳米管结构。该层状的碳纳米管结构包括多个第一微孔111，该第一微孔111为一贯穿该层状的碳纳米管结构的厚度方向的通孔。该第一微孔111的尺寸为1纳米~0.5微米。
请参阅图4，该非扭转的碳纳米管线包括多个沿该非扭转的碳纳米管线长度方向排列的碳纳米管。具体地，该非扭转的碳纳米管线包括多个碳纳米管片段，该多个碳纳米管片段通过范德华力首尾相连，每一碳纳米管片段包括多个相互平行并通过范德华力紧密结合的碳纳米管。该碳纳米管片段具有任意的长度、厚度、均匀性及形状。该非扭转的碳纳米管线长度不限，直径为0.5纳米~100微米。非扭转的碳纳米管线为将碳纳米管拉膜通过有机溶剂处理得到。具体地，将有机溶剂浸润所述碳纳米管拉膜的整个表面，在挥发性有机溶剂挥发时产生的表面张力的作用下，碳纳米管拉膜中的相互平行的多个碳纳米管通过范德华力紧密结合，从而使碳纳米管拉膜收缩为一非扭转的碳纳米管线。该有机溶剂为挥发性有机溶剂，如乙醇、甲醇、丙酮、二氯乙烷或氯仿，本实施例中采用乙醇。通过有机溶剂处理的非扭转的碳纳米管线与未经有机溶剂处理的碳纳米管膜相比，比表面积减小，粘性降低。
所述扭转的碳纳米管线为采用一机械力将所述碳纳米管拉膜两端沿相反方向扭转获得。请参阅图5，该扭转的碳纳米管线包括多个绕该扭转的碳纳米管线轴向螺旋排列的碳纳米管。具体地，该扭转的碳纳米管线包括多个碳纳米管片段，该多个碳纳米管片段通过范德华力首尾相连，每一碳纳米管片段包括多个相互平行并通过范德华力紧密结合的碳纳米管。该碳纳米管片段具有任意的长度、厚度、均匀性及形状。该扭转的碳纳米管线长度不限，直径为0.5纳米~100微米。进一步地，可采用一挥发性有机溶剂处理该扭转的碳纳米管线。在挥发性有机溶剂挥发时产生的表面张力的作用下，处理后的扭转的碳纳米管线中相邻的碳纳米管通过范德华力紧密结合，使扭转的碳纳米管线的比表面积减小，密度及强度增大。
所述碳纳米管线状结构及其制备方法请参见范守善等人于2002年9月16日申请的，于2008年8月20日公告的第CN100411979C号中国公告专利“一种碳纳米管绳及其制造方法”，申请人：清华大学，鸿富锦精密工业（深圳）有限公司，以及于2005年12月16日申请的，于2009年6月17日公告的第CN100500556C号中国公告专利申请“碳纳米管丝及其制作方法”，申请人：清华大学，鸿富锦精密工业（深圳）有限公司。为节省篇幅，仅引用于此，但上述申请所有技术揭露也应视为本发明申请技术揭露的一部分。
本实施例中，所述碳纳米管结构110为两层垂直交叉设置的碳纳米管拉膜，所述碳纳米管拉膜直接从生长好的碳纳米管阵列拉取得到，该碳纳米管结构110中的多个碳纳米管通过范德华力首尾相连且沿同一方向排列。
所述碳纳米管结构110中多个碳纳米管通过范德华力紧密连接形成一自支撑结构。所谓自支撑结构是指该结构可以无需一基底而保持一特定的膜状结构。因而，当将所述碳纳米管结构110悬空设置时，所述碳纳米管结构110具有自支撑性而可部分悬空设置。
在步骤S20中，在所述碳纳米管结构110的表面设置一预制层120之前，可先将所述碳纳米管结构110悬空设置，以使所述碳纳米管结构110中的每个碳纳米管表面均有所述预制层120。
所述碳纳米管结构110具有相对的两个表面(图未标)，所述碳纳米管结构110可通过一框架（图未示）固定，位于框架内部的部分悬空设置，从而使得碳纳米管结构110充分暴露，以利于后续的在碳纳米管结构110相对的两个表面同时形成所述预制层120。所述框架为一中空的结构，具有一通孔。所述碳纳米管结构110的边缘可固定于所述框架中，位于中间的部分通过所述通孔暴露出来且悬空设置。通过所述框架，使得所述碳纳米管结构的边缘能够牢固的固定，并保持位于通孔位置处的碳纳米管结构110充分暴露。本实施例中，所述框架为一“口”字形的边框，所述碳纳米管结构110的边缘通过所述边框固定。
可以理解，所述碳纳米管结构110悬空设置的方式也可以为其他手段，比如金属网栅、具有中空结构的环状体等，只要实现使该碳纳米管结构110悬空即可。
可通过电子束蒸镀法将所述预制层120沉积于所述碳纳米管结构110的表面。可以理解，所述沉积的方法不限于上述列举的方法，还可以为磁控溅射法、原子层沉积法等气相沉积法，只要保证所述预制层120在沉积的过程中不破坏所述碳纳米管结构110的形态和结构即可。
由于所述碳纳米管结构110悬空设置，因而所述碳纳米管结构110的两个表面均被所述预制层120覆盖。具体的，该预制层120包覆所述碳纳米管结构110中多个碳纳米管的至少部分表面。所述碳纳米管结构110包括多个微孔结构，可以理解，所述微孔结构中也可分布有所述预制层120。所述碳纳米管结构110中的碳纳米管与所述预制层120紧密结合，形成一整体的碳纳米管复合结构130。其中，所述碳纳米管结构110对所述预制层120起到支撑作用。所述碳纳米管复合结构130包括多个第二微孔132。所述第二微孔132为贯穿所述碳纳米管复合结构130的厚度方向的凹陷空间，该凹陷空间可为间隙或者微孔。本实施例中，所述碳纳米管结构110中多个碳纳米管被所述预制层120完全包覆。此时，所述第二微孔132的尺寸为所述第一微孔111的尺寸减去所述预制层120的厚度的差值。
所述预制层120的材料可为金、镍、钛、铁、铝、钛、铬等金属、氧化铝、氧化镁、氧化锌、氧化铪等金属氧化物、或者金属硫化物等中的至少一种。可以理解，所述预制层120的材料不限于上述列举材料，还可以为二氧化硅等非金属氧化物等，只要可以物理性的沉积于所述碳纳米管结构110的表面，且在后续的刻蚀基板140过程中不被刻蚀即可。所述物理性的沉积是指所述预制层120不与所述碳纳米管结构110发生化学反应，而是通过范德华力与所述碳纳米管结构110紧密结合，并附于所述碳纳米管结构110中碳纳米管的表面。所述预制层120的厚度不限，可为3纳米~50纳米。为了得到纳米级尺寸的微结构160以及考虑到所述碳纳米管结构110中的第一微孔111的尺寸大小，以避免所述第一微孔111过多的被所述预制层120覆盖，所述预制层120的厚度优选为3纳米~20纳米。
本实施例中，通过电子束蒸镀法在所述碳纳米管结构110的表面设置预制层120得到所述碳纳米管复合结构130（具体请参阅图6），所述预制层120的材料为氧化铝，所述预制层120的厚度为5纳米。
在步骤S30中，所述碳纳米管复合结构130设置于所述基板140的表面用作掩模层150，起到掩模的作用。可以理解，所述掩模层150在步骤S40的干法刻蚀基板140的过程中，基本保持不变，即不会被刻蚀。此时，所述掩模层150中的微孔152对应于所述碳纳米管复合结构130的第二微孔132。
具体的，可将所述框架和所述碳纳米管复合结构130一起转移至所述基板140的表面，再移除所述框架。
进一步的，所述碳纳米管复合结构130与所述基板140之间并非完全紧密接触，部分的碳纳米管复合结构130与所述基板140之间可能存在空气。在移除所述框架之后，还包括一通过一溶剂对所述碳纳米管复合结构130进行处理，使所述碳纳米管复合结构130贴附在所述基板140的表面的步骤。当向所述碳纳米管复合结构130的表面滴加溶剂，所述溶剂会浸润所述碳纳米管复合结构130，软化所述碳纳米管复合结构130，并将所述碳纳米管复合结构130与所述基板140之间的空气排出。当所述溶剂被去除后，所述碳纳米管复合结构130与所述基板140的表面形成紧密的接触，从而使得在后续的退火过程中形成的微结构160紧密结合于所述基板140的表面。
所述溶剂可为水、有机溶剂等。所述有机溶剂为挥发性有机溶剂，如乙醇、甲醇、丙酮、二氯乙烷及氯仿。本实施例中，所述溶剂为乙醇，通过将所述乙醇滴加于所述碳纳米管复合结构130的表面，然后自然风干，使得所述碳纳米管复合结构130紧密贴附于所述基板140。
所述基板140的材料不限，可为二氧化硅、氮化硅等材料形成的绝缘基板、金、铝、镍、铬、铜等材料形成的金属基板或者硅、氮化镓、砷化镓等材料形成的半导体基板，只要所述基板140在后续的刻蚀过程中，可被刻蚀即可。本实施例中，所述基板140的材料为二氧化硅。
由于所述掩模层150包括多个微孔152，因而所述基板140的部分表面通过该多个微孔152暴露出来。
在步骤S40中，所述刻蚀该基板140是指以所述掩模层150为模板，干法刻蚀被暴露的基板140的表面。所述干法刻蚀是指通入一气体在电场作用下得到一等离子体，该等离子体可与被刻蚀物质发生反应而得到挥发性物质，比如：等离子体刻蚀、反应性离子刻蚀(RIE)。本实施例中，通过反应性离子刻蚀法刻蚀所述被暴露的基板140的表面。具体的，通过向一等离子体***通入一气体，所述气体可以为氧气、氯气、氢气、氯气、氩气、四氟化碳等。所述气体不限于上述列举气体，只要该气体可与基板140发生反应即可。优选的，采用氯气和氩气的反应性离子刻蚀法刻蚀所述基板140，其中，所述等离子体***的功率是20瓦~70瓦，氯气等离子体的通入速率为10标况毫升每分钟(standard-statecubiccentimeterperminute，sccm)，氩气等离子体的通入速率为25sccm，形成的气压为6帕，刻蚀时间为10秒~20秒。该通过反应性离子刻蚀法刻蚀被暴露的基板140的部分表面，由于等离子体充分与基板140反应，故，该过程反应时间短，效率较高。
在刻蚀所述基板140的过程中，所述刻蚀气体与被暴露的基板140的部分发生化学反应，而并不与所述碳纳米管复合结构130中的预制层120发生化学反应或者与预制层120发生化学反应的速度和程度远远小于刻蚀气体与基板140发生的化学反应。即，所述碳纳米管复合结构130起到掩模的作用。所述刻蚀气体与基板140的材料以及预制层120的材料可参见下表1。
表1刻蚀气体与基板的材料、预制层的材料的对应表
编号 基板的材料 预制层的材料 刻蚀气体
1 Al SiO2 Cl2和BCl3
2 SiO2 Al、Cr、Fe、Ti、Ni、或Au中的一种 CF4
3 SiNx Al、Cr、Fe、Ti、Ni、或Au中的一种 CF4
4 GaN Al2O3 Cl2和Ar2
5 Au、Cr或Ni SiO2或SiNx O2和Ar2
6 Cu SiO2或SiNx O2和BCl3
在刻蚀的过程中，由于选择的刻蚀气体与预制层120不发生化学反应，而是与基板140发生化学反应，因而被暴露的基板140的表面会逐渐被刻蚀，而该基板140被所述碳纳米管复合结构130覆盖的表面不会有变化。最后得到的微结构160的整体图案与所述碳纳米管复合结构130的整体图案基本相一致。并且，由于所述碳纳米管复合结构130与所述基板140的表面紧密结合，因而该基板140被所述碳纳米管复合结构130覆盖的表面所形成的图形，与所述碳纳米管复合结构130悬空时向所述基板140的正向投影所形成的图形一致。
当所述碳纳米管结构110采用单层的碳纳米管拉膜时，或多层同向层叠的碳纳米管拉膜时，所述预制层120不会改变碳纳米管结构110的整体结构，所述预制层120形成在所述碳纳米管拉膜中的碳纳米管表面。得到的所述碳纳米管复合结构130的第二微孔132的尺寸小于碳纳米管拉膜中碳纳米管的间隙。所述碳纳米管复合结构130整体具有自支撑性，能够直接铺设在所述基板140表面。利用碳纳米管拉膜本身的图形及间隙，生成的微结构160的图形与碳纳米管拉膜本身的图形对应。
当所述碳纳米管结构110采用采用多层交叉的碳纳米管拉膜时，相邻的碳纳米管拉膜相互层叠形成的微孔或间隙被预制层120覆盖之后形成所述碳纳米管复合结构130的第二微孔132。所述第二微孔132的尺寸比所述碳纳米管结构110的微孔或间隙的尺寸要小。利用多层交叉的碳纳米管拉膜层叠形成的图形及第二微孔132，生成的微结构160的图形与第二微孔132形成的图形相对应。因此，可进一步通过相邻的碳纳米管拉膜交叉的角度来得到具有不同图案的微结构160。可以理解，当采用正向交叉的碳纳米管拉膜作为碳纳米管结构时，得到的所述多个微结构160沿两个垂直的方向交叉排列。
当所述碳纳米管结构110采用碳纳米管线状结构时，得到的复合结构为碳纳米管线状复合结构。可以理解，可将一根碳纳米管线状复合结构弯折延伸形成掩模层150，也可将多个碳纳米管线状复合结构排列形成掩模层150，排列方式包括相互平行排列、相互交叉排列等。通过将碳纳米管线状复合结构设计成不同的图案，可得到具有不同图案的微结构160。
请一并参见图1及图2，本实施例中，所述碳纳米管复合结构130为相互间隔设置的线状结构，直径为d。得到的所述多个微结构160为相互平行的条形结构，设所述条形结构在垂直于延伸方向上的宽度为l。所述微结构160的尺寸l比所述碳纳米管复合结构130的尺寸d大20纳米~30纳米。因此，可通过设计所述碳纳米管复合结构130的图形而得到需要的微结构160，所述微结构160的形状与所述碳纳米管复合结构130的形状基本一致，而且，可进一步通过控制所述碳纳米管复合结构130的尺寸进而控制所述微结构160的尺寸。该微结构160的制备方法简单可控，易于工业化。
所述微结构160的形状为类条状或条状结构。所述微结构160的尺寸大小为20纳米~150纳米，优选的，为20纳米~100纳米。在垂直于碳纳米管的延伸方向上相邻的两个微结构之间的间距为10纳米~300纳米，优选的，为20纳米~100纳米。所述微结构160在垂直于所述基板140的表面的方向上的尺寸定义为微结构160的高度。所述微结构160的高度不限，可根据具体刻蚀的时间而定，可为10纳米~100纳米。
本实施例中，所述微结构160的尺寸l为50纳米~100纳米，所述微结构160的间距为100纳米~200纳米，所述微结构160的高度为50纳米~60纳米。请参阅图7，所述微结构160为多个条形体呈相互垂直交叉分布，而呈一网状结构。
进一步，在步骤S50之后，可包括一去除所述掩模层150的步骤。所述去除掩模层150的方法不限，可为超声法、撕除法、氧化法等。本实施例中，采用超声法去除所述掩模层150。具体的，将带有所述掩模层150的基板140置于一N-甲基吡咯烷酮的溶液中超声数分钟，由于N-甲基吡咯烷酮的极性较大，因而可容易的将掩模层150与基板140分离。
本实施例提供的所述微结构160的制备方法，通过在碳纳米管结构110的表面设置预制层120得到碳纳米管复合结构130，然后以碳纳米管复合结构130作为掩模层刻蚀基板，得到所述微结构160。相对于直接用碳纳米管结构110作掩模层的方法而言，相当将掩模的尺寸增大，并且可根据想得到的微结构160的尺寸调整所述预制层120的厚度。并且，本方法中通过在碳纳米管结构110的表面设置预制层120，增大了掩模碳纳米管复合结构130与基板的接触面积，从而避免了仅用碳纳米管结构110作掩模时由于碳纳米管的形状为圆形且直径小，碳纳米管仅较小的部分表面与基底接触，刻蚀的气体可能过度刻蚀位于碳纳米管的下方的基底，导致得到的微结构失真。另外，由于采用碳纳米管结构110作为骨架，碳纳米管结构110具有多个微孔，因而得到的掩模层150也相应的具有多个微孔，该方法可轻易的实现图案化的掩模层150。并且，由于所述碳纳米管复合结构130的尺寸以及第二微孔132的大小可以根据具体需要设置，从而实现可控的制备具有不同图案的微结构160。该制备方法简单、效率高，且易于产业化。该微结构160的制备方法可应用于太阳能电池、发光二极管等领域。
请参阅图8，本发明第二实施例提供一种纳米级微结构的制备方法，其包括以下步骤：
步骤S11，提供一碳纳米管结构110，该碳纳米管结构110包括多个有序排列的碳纳米管；
步骤S21，在所述碳纳米管结构110的表面设置一预制层120，使每个碳纳米管表面的预制层120的厚度为5纳米~50纳米，而得到一碳纳米管复合结构130；
步骤S31，提供一基板140，在所述基板140的表面预先设置一过渡层142；
步骤S41，将所述碳纳米管复合结构130设置于所述带有过渡层142的基板140的表面形成一掩模层150，该掩模层150具有多个微孔152，暴露所述过渡层142的部分表面；以及
步骤S51，干法刻蚀所述过渡层142，暴露所述基板140的部分表面；以及
步骤S61，干法刻蚀所述基板140的被暴露表面，在所述基板140的表面形成微结构160。
步骤S11至S21、S61与所述第一实施例中的步骤S10至S20、S50相同，在此不再赘述。
在步骤S31中，所述过渡层142的材料不限，可为二氧化硅、氧化铪、氧化铝、铝、金等，只要可通过现有的方法如电子束蒸镀法、磁控溅射法或原子层沉积法等沉积于所述基板140，并可通过刻蚀的方法形成图案即可。
在步骤S41至步骤S51中，通过先以所述碳纳米管复合结构130作为掩模，刻蚀所述过渡层142以使过渡层142图形化。然后再以图形化的过渡层142为掩模，刻蚀所述基板140以使所述基板140图形化，即得到所述微结构160。这一方法，相当于将所述碳纳米管复合结构130的图形进行了两次转移。
所述基板140、过渡层142及预制层120的材料与刻蚀基板140及过渡层142的气体成分具体请参见下表2。
表2所述基板140、过渡层142及预制层120的材料与刻蚀基板140及过渡层142的气体成分
编号 基板 过渡层 预制层 刻蚀过渡层的气体 刻蚀基板的气体
1 Au SiO2 Al CF4 Ar和O2
2 Au Al2O3 Al CF4 Ar和O2
3 Au HfO2 Al CF4 Ar和O2
4 Cu SiO2 Al CF4 BCl3和O2
5 Cu Al2O3 Al CF4 BCl3和O2
6 Cu HfO2 Al CF4 BCl3和O2
本实施例中，所述基板140的材料为Au，所述过渡层142的材料为SiO2，所述过渡层142的厚度为约50nm，所述预制层120的材料为Al，所述预制层120的厚度约为10纳米。
可以理解，在步骤S51之后，步骤S61之前，可包括一去除所述掩模层150的步骤。
本实施例通过在基板140的表面预先设置一过渡层142，再以碳纳米管复合结构130为模板图形化过渡层142，然后进一步图形化基板140，而得到所述微结构160。该方法相当于将碳纳米管复合结构130的图形进行了二次转移，从而，可在不同材质的基板上得到微结构。由于所述碳纳米管结构可大面积制备，因而该方法可实现大规模制备，成本较低。
另外，本领域技术人员还可在本发明精神内做其他变化，当然，这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。

Claims (15)

1.一种纳米级微结构的制备方法，其包括：
提供一碳纳米管结构，该碳纳米管结构包括多个有序排列的碳纳米管；
在所述碳纳米管结构的表面设置一预制层，使每个碳纳米管表面的预制层的厚度为3纳米~50纳米，而得到一碳纳米管复合结构；
将所述碳纳米管复合结构设置于一基板的表面形成一掩模层，该掩模层具有多个微孔，暴露出所述基板的部分表面；以及
干法刻蚀所述基板，在所述基板的表面形成微结构。
2.如权利要求1所述的纳米级微结构的制备方法，其特征在于，所述预制层的厚度为3纳米~20纳米。
3.如权利要求1所述的纳米级微结构的制备方法，其特征在于，通过电子束蒸镀法、磁控溅射法或原子层沉积法将所述预制层沉积于所述碳纳米管结构的表面。
4.如权利要求1所述的纳米级微结构的制备方法，其特征在于，所述碳纳米管结构为多个碳纳米管通过范德华力结合形成的自支撑结构。
5.如权利要求1所述的纳米级微结构的制备方法，其特征在于，所述碳纳米管结构包括至少一碳纳米管膜，该碳纳米管膜中的碳纳米管平行于所述碳纳米管膜的表面且沿同一方向择优取向延伸，在延伸方向上相邻的碳纳米管通过范德华力首尾相连，所述碳纳米管膜中至少部分碳纳米管平行且间隔设置。
6.如权利要求5所述的纳米级微结构的制备方法，其特征在于，所述碳纳米管结构包括多个层叠设置的碳纳米管膜，该相邻的两个碳纳米管膜中碳纳米管的延伸方向成一α角度，0°＜α≤90°。
7.如权利要求5所述的纳米级微结构的制备方法，其特征在于，所述碳纳米管结构中多个碳纳米管组成多个碳纳米管束，所述预制层包覆所述多个碳纳米管束的至少部分表面，所述碳纳米管束的直径范围为10nm~100nm。
8.如权利要求1所述的纳米级微结构的制备方法，其特征在于，所述预制层完全包覆所述碳纳米管结构中的多个碳纳米管。
9.如权利要求1所述的纳米级微结构的制备方法，其特征在于，所述碳纳米管结构包括至少一碳纳米管线状结构，所述碳纳米管线状结构包括至少一非扭转的碳纳米管线、至少一扭转的碳纳米管线或其组合，所述碳纳米管线由多个碳纳米管构成。
10.如权利要求1所述的纳米级微结构的制备方法，其特征在于，所述预制层的材料为金属、金属氧化物、金属硫化物或者非金属氧化物。
11.如权利要求1所述的纳米级微结构的制备方法，其特征在于，所述刻蚀基板的方法为等离子刻蚀法或反应性离子刻蚀法。
12.如权利要求1所述的纳米级微结构的制备方法，其特征在于，所述微结构为条状结构，所述微结构的尺寸大小为20纳米~150纳米。
13.一种纳米级微结构的制备方法，其包括：
提供一碳纳米管结构，该碳纳米管结构包括多个有序排列的碳纳米管；
在所述碳纳米管结构的表面设置一预制层，使每个碳纳米管表面的预制层的厚度为3纳米~50纳米，而得到一碳纳米管复合结构；
提供一基板，在所述基板的表面预先沉积一过渡层；
将所述碳纳米管复合结构设置于带有过渡层的基板的表面形成一掩模层，该掩模层具有多个微孔，暴露所述过渡层的部分表面；以及
依次干法刻蚀所述过渡层以及基板，在所述基板的表面形成微结构。
14.如权利要求13所述的纳米级微结构的制备方法，其特征在于，所述过渡层通过电子束蒸镀法、磁控溅射法或原子层沉积法将所述预制层沉积于所述基板的表面。
15.一种纳米级微结构的制备方法，其包括：
提供一悬空设置的碳纳米管结构，该碳纳米管结构包括多个有序排列的碳纳米管；
在所述碳纳米管结构中的每个碳纳米管表面形成一预制层，所述预制层的厚度为3纳米~50纳米，而得到一碳纳米管复合结构，所述碳纳米管复合结构具有多个通孔；
将所述碳纳米管复合结构设置于一基板的表面形成一掩模层，该掩模层具有多个微孔，对应通孔位置处的基板暴露出来；以及
对通孔位置处的基板进行干法刻蚀，在所述基板的表面形成微结构。
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