[发明专利]基于静电场奇点自聚焦的圆片级低维纳米结构的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及低维纳米结构的制备方法，具体为一种基于静电场奇点自聚焦的圆片级低维纳米结构的制备方法。

背景技术

近年来有序纳米自组装结构已成为国内外研究的重点和热点之一，科研人员研究了纳米颗粒、量子点、纳米线等低维纳米结构有序组装的合成工艺。目前，有序低维纳米结构已被广泛应用到微纳电子、光电子、生物化学传感器等各个领域，且展现出了诱人的前景和可观的社会、经济价值。

随着低维纳米结构和器件逐步的向高集成化和实用化发展，目前对于低维纳米自组装工艺都强调以应用为导向，在很大程度上对低维纳米自组装技术提出了更高的要求，这不但需要确保低成本、高度有序、大面积制造的低维纳米自组装工艺，还要与传统MEMS加工工艺良好的兼容。但目前有序低维纳米结构的制备方法只能小面积制造，极大地浪费了资源且成本较高，而且与传统MEMS加工工艺兼容性低；同时制备时采用化学合成方法会残留大量的化学垃圾，且制备成本较高，而我们赖以生存的地球正面临着严峻的环保问题，保护环境人人有责，所以研究成本低、耗材少、零污染的纳米科技也成为了我们每个地球儿女的研究使命。

发明内容

本发明为了解决现有有序低维纳米结构只能小面积制造、成本高、污染严重且与传统的MEMS加工工艺兼容性差的问题，提供了一种基于静电场奇点自聚焦的圆片级低维纳米结构的制备方法。

本发明是采用如下技术方案实现的：基于静电场奇点自聚焦的圆片级低维纳米结构的制备方法，包括如下步骤：

（一）、低维纳米结构物理衬底模板的制备（其工艺流程图如图1所示）：

步骤一：取直径为3inch～6inch、厚度为300～600μm的圆片级硅片衬底（1），采用热氧化法（硅的热氧化法是指：硅与含有氧化物质的气体，例如水汽和氧气在高温下进行化学反应，而在硅片表面产生一层致密的二氧化硅薄膜）在圆片级硅片衬底的正面和背面均生长一层厚度为300nm～500nm的SiO₂掩膜层。

步骤二：将圆片级硅片衬底的正面进行表面清洁处理（表面清洁处理是本领域技术人员容易实现的技术，通常依次通过超声波丙酮、酒精、去离子水进行清洁）后涂一层正性光刻胶；利用光刻工艺（光刻工艺是在一片干净平整的硅片上涂一层正性光刻胶，随后让紫外光通过一块刻有图形的掩模板照射在硅片上；将硅片放入显影液中反应后，被照射到的部分光刻胶会发生变质被腐蚀掉，而没被照射到的光刻胶则会仍旧粘连在硅片上面），使圆片级硅片衬底的正面上得到与掩膜板（掩膜板上的图形根据需要可以设计为方块阵列、或直条阵列等）上形状相同的光刻图形。

步骤三：采用等离子体干法刻蚀方法将圆片级硅片衬底正面的SiO₂掩膜层的露出部分腐蚀掉，从而露出将要被刻蚀的圆片级硅片衬底的正面。

步骤四：采用湿法各向异性腐蚀方法将圆片级硅片衬底放入腐蚀液中对圆级硅片衬底进行刻蚀，从而将圆片级硅片衬底的正面上露出部分腐蚀掉并将圆片级硅片衬底顶部与光刻图形接触的部分腐蚀成尖端状结构；其中腐蚀液是由质量百分比为KOH：IPA：H₂O=23%：14%：63%混合而成。圆片级硅片衬底是由单晶硅组成的，其中单晶硅有三个晶面：100、110、111，其中水平面是（110）面，（100）面垂直于（110）面，与（100）面的夹角为54.74°的为（111）面；由于各种晶面上原子排列密度不同导致了硅单晶各向异性，突出地表现为腐蚀速率不同；腐蚀液对圆片级硅片衬底上（100）面的腐蚀速率远远大于（111）面，所以腐蚀液在（100）面上腐蚀，沿（111）面形成V型槽，这样当两个V形槽连接在一起时形成尖端状结构。

步骤五：将圆片级硅片衬底放入与正性光刻胶配套的剥离液中反应，从而去除圆片级硅片衬底正面的光刻图形。

步骤六：将圆片级硅片衬底放入由体积百分比为HF: H₂O=1:5混合而成的氢氟酸溶液中去除圆片级硅片衬底正面的SiO₂掩膜层，从而得到带有尖端状结构的低维纳米结构物理衬底模板。