[发明专利]一种磁控溅射生长大面积、高度有序纳米颗粒的方法

说明书

磁控溅射生长大面积、高度有序纳米颗粒的方法，对衬底进行清洗处理；亲水处理；将聚甲基丙烯酸支撑的多孔氧化铝薄膜模板(PMMA/AAO)转移至丙酮溶液中去除超薄多孔氧化铝的PMMA支撑层；将去除了PMMA支撑层的超薄多孔氧化铝转移至过氧化氢溶液中室温浸泡2至10小时进行亲水处理；将亲水处理后的超薄多孔氧化铝转移至丙酮溶液中，在丙酮溶液中将超薄多孔氧化铝转移至经亲水处理的衬底上并室温风干；将覆盖有多孔氧化铝的衬底固定于平行对着磁控溅射溅射源的衬底托上；采用磁控溅射生长相应材料；蒸镀完金属后，采用聚酰亚胺高温胶带揭除或采用5～10％的NaOH去除多孔氧化铝，获得大面积、高度有序纳米颗粒。

一、技术领域

本发明具体涉及一种超薄多孔氧化铝辅助磁控溅射生长大面积高度有序金属、半导体、绝缘体、超导体纳米颗粒的方法，属于纳米材料制备技术领域。

二、背景技术

随着微加工技术的发展，纳米材料在诸多领域发挥着越来越重要的作用。金属纳米材料(金、银、铝、铜等)因其表面等离激元特性，在纳米光电集成、光学成像、生物传感、数据存储等领域获得了广泛应用；半导体纳米材料(如量子点、量子线和超晶格)具有许多奇异的光、电、敏感、催化等特性。

传统top-down制备图形化纳米结构技术纳米压印、电子束光刻、全息激光干涉法等在大面积制备纳米阵列上具有时间长、成本高等缺点，限制了诸多材料的产业化应用。因此需要在适当衬底上自组装所需要的结构与纳米材料阵列。多孔氧化铝模板是通过高纯铝片经一步或两步阳极氧化腐蚀制备的。模版孔径均匀，孔的直径可依据腐蚀电压的不同在5～500nm之间变化且易于大面积制备。有的研究者以多孔氧化铝为模板，采用EBE，PLD,CVD等方式生长纳米颗粒，或以生长的颗粒为掩膜，采用刻蚀的方式获得所需的纳米颗粒。这些方法工艺复杂且不利于大面积制备。磁控溅射技术则可制备大面积金属、半导体、绝缘体薄膜。

三、发明内容

本发明的目的是：提出一种磁控溅射生长大面积、高度有序纳米颗粒的方法，尤其是超薄多孔氧化铝辅助磁控溅射生长大面积高度有序金属、半导体、绝缘体、超导体纳米颗粒。

本发明的技术解决方案：一种磁控溅射生长大面积、高度有序纳米颗粒的方法，

依次采用丙酮、酒精、去离子水对衬底进行清洗；采用小功率氧气等离子体，或采用氢氟酸溶液浸泡，或采用紫外光表面处理机对清洗干净的衬底进行亲水处理；将PMMA/AAO(多孔氧化铝)转移至丙酮溶液中去除超薄多孔氧化铝的PMMA支撑层；将去除了PMMA支撑层的超薄多孔氧化铝转移至过氧化氢溶液(30wt％)中室温浸泡2至10小时以提高多孔氧化铝的亲水性；将亲水处理后的超薄多孔氧化铝转移至丙酮溶液中，在丙酮溶液中将超薄多孔氧化铝转移至经亲水处理的衬底上并室温风干；将覆盖有多孔氧化铝的衬底固定于平行对着磁控溅射溅射源的衬底托上；采用磁控溅射生长相应材料；蒸镀完金属后，采用聚酰亚胺高温胶带(kapton高温胶带)揭除或采用5～10wt％的NaOH去除多孔氧化铝，获得大面积、高度有序纳米颗粒。

所述多孔氧化铝的孔直径与膜厚比例为1:3～1:6；

所制备的纳米颗粒很好地继承了超薄多孔氧化铝模版的规律，纳米颗粒具有均匀的尺寸和距离分布。

所制备的纳米颗粒间隔在1nm至500nm之间。

尤其是所制备的纳米颗粒高度在1nm至30nm之间。

所制备的纳米颗粒包括金属和合金纳米颗粒(氮化钛、镍、钛、锌、铬、镁、铌、锡、铝、铟、铁、锆铝、钛铝、锆、铝硅、铜、钽、锗、银、钴、金、钆、镧、钇、铈、钨、不锈钢、镍铬、铪、钼、铁镍等)。

所制备的纳米颗粒包括半导体纳米颗粒(硅、碳化硅、氮化硅、氧化锌、硫化锌、碲化锌、锌镁氧、氧化镓、二氧化钛等)。

所制备的纳米颗粒包括金属氧化物绝缘体纳米颗粒(氧化铝、二氧化硅等)。