[发明专利]光刻定位自组装填充方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制作列阵化的金属纳米阵列结构的方法，特别是一种采用光刻定位技术配合纳米球自组装技术的光刻定位自组装填充方法。

背景技术

近几年，随着微纳加工技术和纳米材料的发展，纳米金属结构的电磁学性质正受到越来越多的关注，光与纳米金属结构的相互作用产生了一系列崭新的物理现象。当电磁波入射到纳米金属列阵结构表面时，产生的局域表面等离子体LSP(Local Surface Plasmons)将使电磁能量剧烈地汇聚和增强。基于这一特性，局域表面等离子体LSP在能量存储、转换、传感等领域有广泛的应用前景。基于该原理构成的生物传感器在DNA、蛋白、病毒等生物分子的标记、识别和检测方面具有比传统的生物传感器更快的检测速度和灵敏度。

在激发局域表面等离子体的纳米金属结构的制作方面，目前国内外普遍采用的方法有电子束光刻、离子束光刻和自组装技术，但这些方法都存在一定的局限性，电子束或离子束光刻制作图形面积有限，效率很低；而仅靠自组装技术制作的纳米结构，不仅结构会存在较多缺陷，而且也不易实现所制作纳米结构的列阵化。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种可以大大减少结构缺陷，实现纳米结构列阵化的光刻定位自组装填充方法。

本发明的技术解决方案是：光刻定位自组装填充方法，其特点在于包括下列步骤：

(1)设计列阵型微区掩模，根据设计结果制作出列阵型微区掩模板，每个微区均用坐标值定位；

(2)选取基底材料，在基底材料表面旋涂抗蚀剂；

(3)采用制作的阵型微区掩模板对抗蚀剂进行曝光，显影后即可获得抗蚀剂材质的微浮雕结构，根据目标浮雕结构的深度确定需要施加的曝光量，以及显影液浓度、显影时间参数，通过曝光、显影首先在抗蚀剂表面获得定位微区结构；

(4)通过进一步溶液腐蚀，将抗蚀剂图形转移到基底材料上，最终制作出定位微区模版；

(5)利用定位微区模版的坐标定位功能，采用纳升级移液器在定位微区模版坐标值对应的微区里自组装聚苯乙烯纳米球，单层聚苯乙烯纳米球结构；

(6)将已组装了单层聚苯乙烯纳米球结构的定位微区模板低温(18～21℃)干燥后放入真空镀膜系统的工作腔，在高真空(真空度4.0×10^-4Pa)下在模版表面沉积一层金属膜；

(7)去除聚苯乙烯纳米球自组装层，仅留下球与球的间隙处的金属，得到阵列化的金属纳米列阵结构。

本发明与现有技术相比主要有以下优点：

(1)传统的纳米球自组装技术，是在较大的区域里进行自组装，其自组装过程是完全不受控制的，因此制作的纳米结构会出现很多缺陷，而本发明的制作方法是把纳米球的自组装过程局限在一个个微型区域里进行的，因此能大大减少结构缺陷。

(2)本发明采用微细加工技术与纳米加工技术相结合的方法，实现了金属纳米结构的列阵化分布，在生物传感领域可以实现多种生物分子的并行检测。

(3)此外，本发明由于采用了纳升级的移液器来进行聚苯乙烯纳米水溶胶在微区的滴入操作，保证了微区里纳米球自组装条件的一致性，从而保证了制作纳米球结构的一致性。

(4)本发明制作简单，效率高。

附图说明

图1是本发明采用光刻加工方法制作的定位微区模板的示意图，图中坐标的一个小格代表1mm；

图2是本发明实施例1在某个微区里利用聚苯乙烯纳米球自组装获得的单层纳米球结构的示意图；

图3是本发明实施例1通过对图2结构进行金属填充，去球处理制作的金属纳米结构图，图3a是采用直径400nm的聚苯乙烯纳米球制作的三角形金属纳米粒子结构；图3b是采用直径500nm的聚苯乙烯纳米球制作的三角形金属纳米粒子结构。

具体实施方式

实施例1，是通过本发明的方法制作的特征尺寸小于70纳米的列阵型纳米金属结构。

(1)首先应用Autocad软件设计定位微区模板，确定微区的大小、形状、阵列数。设计的微区形状为圆形、尺寸0.2mm×0.2mm，阵列数4×5，再根据设计的定位微区模板数据制作出的掩模板；

(2)选取镀铬玻璃板作为基底材料，在其表面旋涂一层AZ3100抗蚀剂，转速6000rpm/min，时间30S；