碗状金属纳米结构的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种碗状金属纳米结构的制备方法。
【背景技术】
[0002] 金、银等金属光栅在很多领域具有重要的应用，比如纳米光学、生化传感器、超高 分辨成像的精密光学仪器、表面等离子学和表面等离子激元光刻等。
[0003] 现有金属光栅多是通过剥离（Lift-off)工艺或电化学或干法刻蚀等方法制备的， 然而，这些方法或因为引入化学试剂导致金属光栅的结构及性质不理想，或很难实现特定 形貌及非常小的纳米结构，或容易引起金、银等金属发生物理性质不稳定。因此，利用上述 方法制备具有一定微结构的金、银等金属光栅具有很大的挑战性。
[0004] 碗状金属纳米结构是一种特殊形貌的金属纳米结构，该金属纳米结构具有广阔 的应用领域，如基于表面等离子激元的单分子检测、生化传感器、折射率传感器、亚波长光 束整形及纳米聚焦（nanofocusing)等。然而，现有的碗状金属纳米结构的制备方法复杂， 工艺步骤较多，无法实现工业化生产。另外，目前尚未有报道能够制备一体成型的球-碗 (particle-in-bowl)结构。
【发明内容】
[0005] 有鉴于此，确有必要提供一种碗状金属纳米结构的制备方法，利用该方法可制备 出一体成型的凸块结构，且该方法简单易操作。
[0006] 一种碗状金属纳米结构的制备方法，其包括以下步骤： 提供一基底； 在所述基底的表面设置一金属层； 在所述金属层远离基底的表面设置一图形化的掩模层，该图形化的掩模层包括多个间 隔设置的凸块，相邻的凸块之间的金属层被暴露； 对上述结构进行退火处理，使每个凸块的顶面形成多个裂纹；以及 采用物理性刻蚀气体和反应性刻蚀气体同时刻蚀，对应在每个凸块的位置形成一碗状 金属纳米结构。
[0007] 与现有技术相比，本发明所提供的碗状金属纳米结构的制备方法简单，易于实现 工业化生产，且利用该方法可制备一体成型的凸块结构，该凸块结构由同种金属材料组成。
【附图说明】
[0008] 图1为本发明提供的制备碗状金属纳米结构的工艺流程图。
[0009] 图2为图1中裂纹形成时的立体结构示意图。
[0010] 图3为图1中刻蚀过程的工艺流程图。
[0011] 图4为本发明提供的碗状金属纳米结构的立体结构示意图。
[0012] 图5为图4的剖面结构示意图。
[0013] 图6为本发明提供的碗状金属纳米结构的扫描电镜照片。
[0014] 图7为本发明提供的另一碗状金属纳米结构的立体结构示意图。
[0015] 图8为图7的剖面结构示意图。
[0016] 图9为本发明提供的应用一碗状金属纳米结构的检测系统的结构示意图。
[0017] 主要元件符号说明
【主权项】
1. 一种碗状金属纳米结构阵列的制备方法，其包括以下步骤： 提供一基底； 在所述基底的表面设置一金属层； 在所述金属层远离基底的表面设置一图形化的掩模层，该图形化的掩模层包括多个间 隔设置的凸块，相邻的凸块之间的金属层被暴露； 对上述结构进行退火处理，使每个凸块的顶面形成多个裂纹；以及 采用物理性刻蚀气体和反应性刻蚀气体同时刻蚀，对应在每个凸块的位置形成一碗状 金属纳米结构。
2. 如权利要求1所述的碗状金属纳米结构阵列的制备方法，其特征在于，所述物理性 刻蚀气体为氩气或氦气，所述反应性刻蚀气体为氧气、氯气、三氯化硼或四氟化碳。
3. 如权利要求1所述的碗状金属纳米结构阵列的制备方法，其特征在于，所述金属层 的材料为贵金属以及钛、铜、铝。
4. 如权利要求3所述的碗状金属纳米结构阵列的制备方法，其特征在于，所述贵金属 为金、银、钼、钮。
5. 如权利要求1所述的碗状金属纳米结构阵列的制备方法，其特征在于，所述退火处 理具体包括：在氮气或氩气环境中，加热至130摄氏度~180摄氏度之间并保温5分钟、O 分钟，以及冷却至室温。
6. 如权利要求1所述的碗状金属纳米结构阵列的制备方法，其特征在于，所述刻蚀的 步骤在一刻蚀系统中进行，所述物理性刻蚀气体的体积流量为25sccnTl50sccm，所述反应 性离子刻蚀气体的体积流量为5sccnTl5sccm。
7. 如权利要求1所述的碗状金属纳米结构阵列的制备方法，其特征在于，所述凸块顶 面的裂纹被反应性刻蚀气体刻蚀而扩大直至将金属层暴露出来。
8. 如权利要求7所述的碗状金属纳米结构阵列的制备方法，其特征在于，所述掩模层 被反应性刻蚀气体完全刻蚀除去，通过裂纹扩大而暴露的金属层被物理性刻蚀气体刻蚀形 成一碗状凹陷部，且在该碗状凹陷部中心有一凸起结构，相邻的凸块之间暴露的金属层被 物理性刻蚀气体完全刻蚀或部分刻蚀。
9. 如权利要求8所述的碗状金属纳米结构阵列的制备方法，其特征在于，所述相邻的 凸块之间暴露的金属层是否被完全刻蚀与所述金属层的厚度及刻蚀时间有关。
10. 如权利要求9所述的碗状金属纳米结构阵列的制备方法，其特征在于，所述金属层 的厚度为1〇〇纳米~200纳米。
【专利摘要】本发明涉及一种碗状金属纳米结构阵列的制备方法，其包括以下步骤：提供一基底；在所述基底的表面设置一金属层；在所述金属层远离基底的表面设置一图形化的掩模层，该图形化的掩模层包括多个间隔设置的凸块，相邻的凸块之间的金属层被暴露；对上述结构进行退火处理，使每个凸块的顶面形成多个裂纹；以及采用物理性刻蚀气体和反应性刻蚀气体同时刻蚀，对应在每个凸块的位置形成一碗状金属纳米结构。本发明还涉及一种利用上述制备方法所制备的碗状金属纳米结构阵列以及一种利用该碗状金属纳米结构阵列的检测系统。
【IPC分类】B82Y40-00, G02B5-18, B82Y20-00, B81C1-00
【公开号】CN104803342
【申请号】CN201410031509
【发明人】朱振东, 李群庆, 白本锋, 范守善
【申请人】清华大学, 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司
【公开日】2015年7月29日
【申请日】2014年1月23日
【公告号】US9099407, US20150206766