[发明专利]一种利用紫外软压印制备有序氮化镓纳米柱阵列的方法

摘要

利用紫外软压印制备有序氮化镓纳米柱阵列的方法，在氮化镓衬底上生长介质薄膜，利用紫外软压印双层胶剥离技术得到金属有序纳米柱（孔）结构，通过反应离子刻蚀方法得到直径变化可调的介质纳米柱（孔）结构，并利用感应耦合等离子体（ICP）刻蚀得到直径不同的氮化镓有序纳米柱（孔）阵列。在氮化镓衬底上生长包括SiO2、SiNx的一层介质薄膜，将PMMA和紫外固化胶依次旋涂在衬底样品表面;利用紫外软压印技术在紫外固化胶上形成大面积、低缺陷的有序纳米孔（柱）阵列结构，接着利用反应离子刻蚀技术刻蚀残余胶和PMMA，随后蒸镀金属薄膜剥离得到金属纳米柱（孔）阵列结构。反应离子刻蚀方法刻蚀介质薄膜层结构，得到直径变化可调的介质纳米柱（孔）结构。

主权项

一种利用紫外软压印制备有序氮化镓纳米柱阵列的方法，其特征是步骤如下：1）首先在氮化镓衬底上生长一层包括SiO2、SiNx介质薄膜，介质薄膜的厚度为30nm‑300nm，将PMMA和紫外固化胶依次旋涂在衬底样品表面;根据需要蒸镀的金属厚度选择旋涂PMMA的厚度，厚度为150nm‑250nm；根据软模板结构深度选择不同浓度的紫外固化胶的厚度，厚度为30nm‑300nm；2）常压下利用紫外软压印纳米孔（柱）阵列，将事先制备好并做过防粘处理的软模板与衬底紫外固化胶表面紧密接触，在紫外灯下充分曝光使紫外胶固化，随后脱模，使软模板与样品表面分开，在样品表面的紫外固化胶上形成大面积有序纳米孔（柱）阵列；3）采用反应离子刻蚀（RIE）技术，通入CHF3和O2的混合气体进行刻蚀紫外固化胶的残余层；然后以紫外固化胶为掩膜，利用反应离子刻蚀（RIE）技术，通入O2进行PMMA刻蚀，将纳米孔（柱）结构转移至PMMA层；4）利用电子束蒸发蒸镀金属，如镍（Ni）、铬（Cr）等，金属的典型厚度为5nm‑50nm，随后将衬底样品放入丙酮溶液浸泡或再超声，PMMA层剥离得到大面积有序金属纳米柱（孔）阵列；5）采用反应离子刻蚀（RIE）技术，通入CF4和O2的混合气体，控制流量、功率、压强等参数，各向异性刻蚀介质薄膜层，将金属纳米柱（孔）结构转移至介质薄膜层，如SiO2或SiNx；此时纳米柱（孔）直径基本保持与原有设计模板的规格一致；反应离子刻蚀条件：反应刻蚀气体的流量（CF4:30‑100sccm；O2:4‑20sccm），功率（30‑80W），压强（3.0‑50Pa）和刻蚀时间（30s‑20min）；6）采用反应离子刻蚀（RIE）技术，通入SF6、CF4和O2的混合气体，控制流量、功率、压强等参数，横向刻蚀介质薄膜层，减小介质纳米柱的直径或增加介质纳米孔的直径。反应离子刻蚀条件：反应刻蚀气体的流量（SF6：30‑50sccm；CF4:10‑50sccm；O2:4‑30sccm），功率（30‑80W）和压强（3.0‑50.0Pa），刻蚀时间（30s‑20min）；7）利用无机酸（如盐酸、硝酸等）或洗铬液去除样品表面的金属层结构，采用反应离子刻蚀（RIE）技术，通入SF6、CF4和O2的混合气体，控制流量、功率、压强等参数，修饰刻蚀介质纳米柱（孔）阵列表面，去除顶部侧壁的凸起，得到侧壁竖直的介质纳米柱（孔）有序阵列；反应离子刻蚀条件：反应刻蚀气体的流量（CF4:30‑100sccm；O2:4‑20sccm），功率（30‑80W），压强（3.0‑50Pa）和刻蚀时间（30s‑20min）；8）采用感应耦合等离子体（ICP）刻蚀技术，通入Cl2和BCl3的混合气体，控制流量、功率、压强等参数，。各向异性刻蚀氮化镓，得到大面积、低缺陷、直径可控的氮化镓纳米柱（孔）阵列；刻蚀参数：Cl2和BCl3流量分别为50±30sccm和10±6sccm，腔体气压：10±3mTorr，DC偏压：350±60V(RF功率75±30w），ICP功率：500±200W（频率13.56MHz）， 刻蚀时间：1‑3min。9）将样品在无机酸、碱（如盐酸、硝酸、氢氧化钾、氢氧化钠等）溶液40‑80摄氏度水浴加热5‑10min，去除氮化镓表面的刻蚀损伤。