一種金屬同心圓環(huán)的制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明特別涉及一種金屬同心圓環(huán)的制備方法，屬于微、納米器件和金屬納米材料領域。
技術背景
[0002]目前，微、納米器件和材料的制備吸引了越來越多人的興趣，由于它們在能源轉換、信息存儲、光電催化等方面的巨大潛在的應用價值。微、納器件和材料性能的好壞不僅決定于材料本身組成，還決定于它們的特殊結構和形貌。至今，已經制備了多種多樣的微、納米結構，包括線，管，纖維，薄膜，囊泡，同心環(huán)等。其中環(huán)狀結構在光、電、磁等方面均表現出了許多與眾不同的性能。
[0003]金屬同心圓環(huán)結構中由于不同大小的亞波長孔洞的存在，使得這種結構在磁-光數據儲存、量子點紅外檢測器、等離子熱發(fā)射器等領域得到廣泛的應用。最近研究表明，固態(tài)磁盤上生長同心圓環(huán)結構后，通過金屬薄膜與金屬同軸光闌的傳遞作用能夠明顯地觀察到可見-紅外區(qū)域的光學共振現象。這種特殊的同心圓環(huán)結構對于光的傳輸的增強效果要明顯優(yōu)于圓形和矩形結構。同時，發(fā)現在Ag和Au的同心圓環(huán)結構中心存在著縱向電場的增強，能夠有效地影響等離子體波的相互干擾，在表面等離子共振和生物傳感等領域存在潛在的應用。陣列化的同心圓環(huán)結構由于多孔結構的存在還能夠達到局域增強的效果。傳統(tǒng)同心圓環(huán)的制備主要通過對金屬層進行模板刻蝕而得到，這種刻蝕過程不易控制，且成本高，刻蝕得到的同心圓環(huán)的尺寸較大。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種簡單易操作，且成本低廉的金屬同心圓環(huán)的制備方法，從而克服現有技術中的不足。
[0005]為實現上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用了如下技術方案:
一種金屬同心圓環(huán)的制備方法，包括如下步驟:
(1)在基底表面涂覆正性光刻膠，并刻蝕形成陣列排布的圓環(huán)模板；
(2)在任一圓環(huán)模板的內、外壁面上均生長形成薄壁金屬圓環(huán)；
(3)除去所述圓環(huán)模板，在基底表面形成陣列排布的金屬同心圓環(huán)。
[0006]進一步的，所述基底包括導體、半導體或絕緣基底。
[0007]優(yōu)選的，所述基底采用導電性基底。
[0008]進一步的，步驟(I)包括:利用電子束光刻技術在基底表面刻蝕形成陣列排布的圓環(huán)模板。
[0009]進一步的，步驟(2)包括:利用PVD或者化學沉積工藝在任一圓環(huán)模板的內、外壁面上均生長形成薄壁金屬圓環(huán)。
[0010]進一步的，步驟(3)包括:采用選定溶劑或者配套去膠劑將所述圓環(huán)模板除去。
[0011]進一步的,其中任一圓環(huán)模板的高度為100-200nm,環(huán)壁厚度為40nm-60nm,內、夕卜徑分別為 150nm-200nm 和 200_250nm。
[0012]進一步的,所述金屬同心圓環(huán)中任一圓環(huán)的環(huán)壁厚度為50nm-100nm,環(huán)壁高度為50-200nm，并且，其中內環(huán)外壁與外環(huán)內壁之間的間隙寬度為40nm_60nm，內環(huán)內徑和外環(huán)外徑分別為 100nm-150nm 和 250nm_350nm。
[0013]進一步的，該制備方法還包括如下步驟:
(4)在N2氣氛中，對所述金屬同心圓環(huán)進行退火處理。
[0014]進一步的,所述金屬包括Ag、Au、Cu、Al、Pt或Pd,但不限于此。
[0015]與現有技術相比，本發(fā)明至少具有如下優(yōu)點:利用模板輔助，通過簡單的物理或化學的方法制備得到結構規(guī)整、分布均勻的陣列化金屬同心圓環(huán)，工藝簡單易行、成本低，且由于所獲陣列化金屬同心圓環(huán)中亞波長孔洞的存在，可使微、納米器件的光、電、磁等性能得到有效提聞。
【附圖說明】
[0016]下面結合具體實施例及其附圖對本發(fā)明創(chuàng)新實質作進一步地詳細說明:
圖1是本發(fā)明一較為優(yōu)選的實施方案中陣列化圓環(huán)模板的立體結構示意圖；
圖2a-2d是本發(fā)明一較為優(yōu)選的實施方案中金屬同心圓環(huán)的工藝流程示意圖，其中圖2a為在基底上旋涂正性光刻膠的示意圖，圖2b為電子束光刻制備得到的具有陣列化結構的圓環(huán)模板的示意圖，圖2c為沿圓環(huán)內、外壁生長的金屬層的示意圖，圖2d為去除模板后獲得金屬同心圓環(huán)的示意圖；
圖3是本發(fā)明一較為優(yōu)選的實施方案中陣列化金屬同心圓環(huán)的主視圖；
圖4是本發(fā)明一較為優(yōu)選的實施方案中陣列化金屬同心圓環(huán)的立體結構示意圖；
圖5是本發(fā)明一較為優(yōu)選的實施方案中陣列化金屬同心圓環(huán)的俯視圖；
附圖標記說明:基底1、正性光刻膠2、圓環(huán)模板21、內層薄壁金屬圓環(huán)3、外層薄壁金屬圓環(huán)4。
【具體實施方式】
[0017]如前所述，鑒于現有技術的不足，本發(fā)明旨在提出一種在一般基底上制備陣列化的金屬同心圓環(huán)的普適性方法，以應用于微、納器件的加工和特殊形貌金屬納米材料的制備，并增強其性能。
[0018]作為本發(fā)明的一個方面，概括的講，本發(fā)明是利用模板輔助工藝實現的，其技術方案包括:首先利用電子束光刻技術在基底表面刻蝕得到尺寸均一、陣列化的圓環(huán)模板，然后利用PVD方法或者化學沉積，分別在圓環(huán)模板內、外層壁面外延生長二層薄壁金屬同心圓環(huán)，其后除去圓環(huán)模板，而將形成的金屬同心圓環(huán)保留在基底上。
[0019]進一步的講，作為本發(fā)明的一較為優(yōu)選的實施方案，其可以包括如下步驟:
(1)利用旋涂等方法在基底上涂覆一層正性光刻膠，并利用電子束光刻技術在基底上制備得到一定大小的陣列化圓環(huán)模板圖案，參閱圖1;
(2)利用簡單的物理方法(真空濺射、蒸發(fā)、離子鍍)或者化學的方法(電化學沉積、CVD)在圓環(huán)模板內、夕卜壁面外延生長出兩層薄壁金屬圓環(huán)，參閱圖2a_2d ；
(3)利用常規(guī)溶劑或者去膠劑將圓環(huán)模板除去，使形成的陣列化金屬同心圓環(huán)保留在基底上，參閱圖3、圖4和圖5。
[0020]更進一步的，該制備方法還可包括如下步驟:
(4)低溫退火所述基底，使得金屬同心圓環(huán)與基底的結合更為緊密牢固。
[0021]對于前述步驟(1)，其實施過程可以為:
首先利用旋涂的方式在基底I上均勻地涂覆一層正性光刻膠2 (如，AZ5214)，厚度為100 nm -200 nm。進一步地，利用電子束光刻在基底I上進行刻蝕得到陣列化的圓環(huán)結構21,環(huán)壁厚度為40nm-60nm,高度為100nm-200nm。相鄰圓環(huán)之間的距離為500-800nm。然后，利用簡單的物理方法或者化學的方法在圓環(huán)模板21內壁面生長薄壁金屬層3、在圓環(huán)模板21外壁面外延生長出薄壁金屬層圓環(huán)4。如圖3和4所不,所述金屬同心圓環(huán)中任一圓環(huán)的環(huán)壁厚度為50nm-100nm，環(huán)壁高度為50_200nm，并且，其中內環(huán)外壁與外環(huán)內壁之間的間隙寬度為40nm-60nm,內環(huán)內徑和外環(huán)外徑分別為100nm-150nm和250nm-350nm。最后去圓環(huán)模板21，獲得金屬同心圓環(huán)。在N2等氣氛中，對所述基底進行低溫退火處理，退火溫度和時間可依據金屬材料的材質而調整，比如，其可以為200-300°C。
[0022]進一步地,所述金屬包括但不限于Ag、Au、Cu、Al、Pt、Pd等。