[发明专利]一种微纳尺度三维图形化模板及功能薄膜的制备方法

说明书

本发明涉及薄膜材料制备领域，尤其涉及一种微纳尺度三维图形化模板及功能薄膜的制备方法。所述制备方法包括以下步骤：利用磁控溅射法在衬底上制备非晶薄膜；将所述非晶薄膜放入离子注入系统，按照预设的离子注入样式进行离子注入图形化加工。本发明方法能够制备出起伏平滑的三维图形化模板，简单、经济、高效，并利用该衬底更好地制备具有三维图形化结构的薄膜材料，不仅极大拓展了基础研究空间，而且对薄膜材料表面图形化的实际应用有巨大的推进作用。

技术领域

本发明涉及薄膜材料制备领域，尤其涉及一种微纳尺度三维图形化模板及功能薄膜的制备方法。

背景技术

薄膜材料是材料领域的重要组成部分，已经广泛应用于集成电路、半导体照明、医疗器械以及太阳能薄膜电池领域。材料表面的图形化结构可以更好地调控材料的物理性能。例如陶瓷材料表面图形化可以大大增加其表面积，显著改变其表面物理性质，包括吸附、力学性能、亲疏水性能等；图形化蓝宝石衬底上的GaN发光二极管具有更为尖锐的光致发光峰与电致发光峰；固体薄膜的表面图形化可以提升其摩擦性能，延长其摩擦寿命。相比于平面材料，具有三维图形化结构的薄膜材料有着更为广泛的应用前景。

薄膜材料表面图形化的主要方法是先在衬底表面制备图形结构，再进行薄膜沉积操作，例如：光刻方法在衬底表面旋涂光刻胶，然后使用掩模法紫外曝光，再采用电感耦合等离子体方法刻蚀衬底表面形成所需结构，但这种方法操作相对复杂，同时光刻胶具有一定毒性；激光加工可以在衬底表面直接进行图形化，但成本较高，同时会对衬底造成损伤，且图案尺寸较大。

另外，光刻和激光加工等加工方法大多对衬底进行破坏性的刻蚀加工，且仅能进行垂直加工，制备的模板主要是凹入衬底内部的垂直或阶梯状结构，难以获取起伏平缓光滑的三维结构。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种微纳尺度三维图形化模板及其功能薄膜的制备方法。

第一方面，本发明提供的所述微纳尺度三维图形化模板的制备方法，包括以下步骤：利用磁控溅射法在衬底上制备非晶薄膜；将所述非晶薄膜放入离子注入系统，按照预设的离子注入样式进行离子注入图形化加工。本发明针对利用现有薄膜制备技术制备薄膜时，难以实现三维微纳尺度的图形化调控等难题，提出一种用于制备微纳尺度三维图形化模板的方法，通过利用离子注入实现正向模板衬底的制作，降低了衬底的损耗与刻蚀损伤，这种方法至今未见报道，采用本发明方法能够制备出起伏平滑的三维图形化模板，本发明提出的三维图形化衬底的制备方法简单、经济、高效，并利用该衬底可以进一步更好地制备具有三维图形化结构的薄膜材料。这不仅能极大地拓展基础研究空间，而且对薄膜材料表面图形化的实际应用有巨大的推进作用。

作为优选，所述衬底包括硅片、玻璃、金属、合金、PDMS中的一种或多种，进一步优选，所述衬底为硅片。

进一步优选，所述非晶材料包括Ti基非晶材料、Fe基非晶材料、Si基非晶材料中的一种或多种，进一步优选采用TiAl靶。

本发明中，采用优选硅片及TiAl靶有助于后续离子注入效果进一步提升三维模板衬底的制备效率。

进一步优选，在采用上述优选硅片及TiAl靶的基础上，制备非晶薄膜的镀膜工艺条件包括溅射功率80～200W，优选100～150W。优选的，背底真空1～5×10^-5Pa，溅射功率100～150W，溅射时间60～90min。

作为优选，离子束注入系统的离子源气体包括但不限于氢、氦，氖，氩等气体，优选为氦气。

进一步优选，采用稀有气体作为离子注入系统的离子源，离子注入条件包括：加速电压：1～40kV，束流：1pA～100nA；剂量为100～20000ions nm^-2。