[发明专利]一种纳米间隙的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及二维微纳器件技术领域，特别是涉及一种纳米间隙的制备方法。

背景技术

随着光学和电子学的持续发展，由于纳米间隙能够产生较强的场增强效应和新奇的电荷输运特性，因此其在制备光学器件以及分子器件等方面具有非常重要的应用。在光谱领域，纳米间隙由于具有局限光的能力，使得间隙中的光场与光源本身的强度有量级上的差别，这就使得间隙中的待测分子能够产生成倍的光谱响应。而且越小的纳米间隙具有越强的光局域效应。在分子器件中，纳米间隙的大小更是直接影响了制作分子器件的成功率，只有小于5nm的间隙才适合分子器件的制作。

通常纳米间隙是通过电子束曝光工艺来实现的，但是由于电子束曝光工艺的仪器分辨率的限制，制备的纳米间隙一般在20纳米，甚至20纳米以上。而现有分子器件等精密仪器中所使用的纳米间隙一般是通过机械断裂等方式制备的。机械断裂的方式虽然适合制备纳米量级的间隙，却不满足大面积的制备的要求，从而限制了纳米间隙的应用。

发明内容

本发明的一个目的是要提供一种纳米间隙的制备方法，通过通常的光刻工艺以获得任意需要的间隙尺寸的纳米间隙，并且，所述纳米间隙适用于大面积的制备。

本发明一个进一步的目的是要使得纳米间隙的间隙尺寸小于5nm，并且间隙尺寸能够按照需求在纳米范围内精确可控。

特别地，本发明提供了一种纳米间隙的制备方法，包括如下步骤：

提供一基底，在所述基底的表面处施加第一光刻胶层，并按照第一预定图形形成第一光刻胶图形；

按照所述第一光刻胶图形在所述基底处沉积第一材料，或者按照所述第一光刻胶图形将所述基底刻蚀预定深度；

去除所述第一光刻胶层，以获得由所述第一材料在所述基底的表面形成的与所述第一光刻胶图形对应的第一材料层，所述第一材料层具有第一厚度，或者以获得由所述基底自身形成的凸起层；

以预定入射角度在具有第一材料层或凸起层的所述基底处沉积第二材料，以形成具有第二厚度的第二材料层，以在所述第一材料层和所述第二材料层之间形成所述纳米间隙；

其中，通过调节所述第一材料层的第一厚度以及所述预定入射角度，以改变所述纳米间隙的尺寸。

进一步地，形成具有第二厚度的第二材料层的方法还包括：

在具有第一材料层或凸起层的所述基底处施加第二光刻胶层，并按照第二预定图形形成第二光刻胶图形；

以所述预定入射角度按照所述第二光刻胶图形在具有第一材料层或凸起层的所述基底处沉积第二材料；

去除所述第二光刻胶，以获得由所述第二材料形成的与所述第二光刻胶图形对应的第二材料层，所述第二材料层具有第二厚度。

进一步地，所述纳米间隙的尺寸小于5nm。

进一步地，所述第一材料层的侧面相对垂直于所述基底的表面。

进一步地，所述基底采用的材料选自硅、二氧化硅、蓝宝石中的一种。

进一步地，所述第一光刻胶层或所述第二光刻胶层采用的材料选自PMMA、ZEP、AZ中的一种。

进一步地，所述第一材料选自金属材料金、银、铬中的一种；或选自介质材料ITO、氧化铝中的一种；或选自半导体材料氧化锌、氧化镓中的一种；

优选地，所述第二材料选自金属材料金、银、铬中的一种；或选自介质材料ITO、氧化铝中的一种；或选自半导体材料氧化锌、氧化镓中的一种。

进一步地，所述第一材料与所述第二材料采用相同的材料。

进一步地，所述第一材料与所述第二材料采用不同的材料。

进一步地，所述第一厚度不小于所述第二厚度。

本发明的纳米间隙的制备方法，利用方向性好的镀膜设备在基底表面进行沉积，并且控制第二材料沉积时的入射角度。第二材料在沉积时与第一材料在基底形成的第一材料层或者基底自身形成的凸起层具有预定入射角度，因此，第二材料不会在与第一材料层或凸起层构成的阴影区域形成沉积，从而第一材料层与第二材料层之间形成纳米间隙，或者凸起层与第二材料层之间形成间隙。通过上述方式制备得到的纳米间隙的间隙尺寸小于5nm。并且通过本发明的方法，能够实现亚5纳米间隙的大面积的制备。

进一步地，本发明的制备方法通过控制入射角度，能够使得纳米间隙的间隙尺寸在纳米范围内精确可控。

进一步地，本发明的方法具有工艺灵活、可控性好、低成本和可大面积制备等特点，并且所制备的纳米间隙的结构、形貌、尺寸、周期具有可设计、材料种类多、新奇功能与物性的特点。