本發(fā)明涉及微納加工領(lǐng)域，特別涉及大面積納米縫隙陣列結(jié)構(gòu)的制作方法。

背景技術(shù)：

納米尺度的縫隙結(jié)構(gòu)在光學(xué)、納米電子器件、生物醫(yī)學(xué)檢測等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。由于金屬納米縫隙的電磁耦合，極大的增強(qiáng)了結(jié)構(gòu)表面的電場，也可以用來增強(qiáng)熒光和拉曼散射。因此，發(fā)展一種可以精確并且大面積制作納米縫隙結(jié)構(gòu)的新技術(shù)是迫切需要的。

納米科技研究的技術(shù)路線可以分為“自上而下”和“自下而上”兩種加工方式。目前，常用的制作納米縫隙的主要方法有電子束光刻、離子束光刻、納米壓印、極紫外光刻、激光光刻。其中電子束光刻和離子束光刻微電子制造工藝方法具有制造精度高的特點(diǎn)，可以制造出分辨率在十納米左右的納米縫隙結(jié)構(gòu)。但是其缺點(diǎn)與優(yōu)點(diǎn)一樣的顯著，即它們不但成本高昂、工藝復(fù)雜，而且無法進(jìn)行大面積的制作，這極大的限制了納米縫隙的制備效率。納米壓印也是常用的微納加工的方法，但是納米壓印的模板制作比較困難。極紫外光刻技術(shù)制造速度快，分辨率高，但是需要較高的極紫外射線光源。激光光刻系統(tǒng)具有性能穩(wěn)定、造價(jià)便宜、使用方便等優(yōu)點(diǎn)，但是分辨率比較低。這些方法是自上而下的可以制作納米縫隙的加工方式。

在這里我們提出了一種新型的自下而上的可以制作納米縫隙的加工方式，相比傳統(tǒng)的從大到小的加工模式，我們提出的大面積納米縫隙的加工技術(shù)是自下而上的將分子、原子搭建出納米縫隙陣列結(jié)構(gòu)。這樣就可以根據(jù)人們的設(shè)計(jì)和組裝來構(gòu)筑納米結(jié)構(gòu)。當(dāng)然，這種大面積納米縫隙的加工技術(shù)的要求就是要做到各參數(shù)之間的匹配，這是加工過程要注意的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于，針對(duì)上述存在的問題，提出新型的納米加工技術(shù)制作大面積納米縫隙陣列結(jié)構(gòu)； 實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是角度沉積結(jié)合基底旋轉(zhuǎn)技術(shù)。

其中準(zhǔn)備沉積掩模的步驟為，制作光柵作為沉積掩模版，調(diào)節(jié)光柵的振幅、周期以及光柵占空比；角度沉積的步驟為，放置光柵作為沉積掩模與鍍膜材料，通過控制臺(tái)傾斜光柵一定的角度，真空室進(jìn)行抽真空，控制光柵基片旋轉(zhuǎn)，沉積鍍膜。

綜上所述，由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果是：采用了一種大面積納米縫隙陣列加工技術(shù)，制作了一種大面積納米縫隙陣列結(jié)構(gòu)。其工藝成本非常適合商用化并且具有非常廣泛的適用性；特別的，在生物、化學(xué)、醫(yī)學(xué)、環(huán)境檢測等方面都具有特別的意義，并且運(yùn)用該結(jié)構(gòu)，實(shí)驗(yàn)已經(jīng)檢測出極低濃度(10^-15M)情況下的分子，除此以外，還有其它的應(yīng)用前景。

附圖說明

本發(fā)明將通過例子并參照附圖的方式說明，當(dāng)參考隨附的附圖進(jìn)行閱讀時(shí)，能進(jìn)一步理解說明以及下列詳細(xì)的描述。為了示例可能性實(shí)施方案的目的，在附圖中一種示例性方案，然而，可能的實(shí)施方案并不限于公開的具體方法、組合物以及裝置。此外，不必要按比例繪制附圖。

圖1描述了角度沉積結(jié)合基底旋轉(zhuǎn)的過程，以光柵為沉積掩模沉積，光柵振幅為H以及周期D，占空比為A/D，通過旋轉(zhuǎn)臺(tái)1使光柵傾斜一定的角度θ，在旋轉(zhuǎn)過程中由于光柵線條4的遮蔽區(qū)域不斷變化，導(dǎo)致原光柵波谷的各處沉積速率不斷變化，在原光柵波谷處就沉積出了新光柵線條7，這樣在沉積出的新光柵線條7與原光柵線條4之間就產(chǎn)生了納米縫隙6，從而制作出周期性的大面積納米縫隙陣列結(jié)構(gòu)。

圖2是以光柵為掩模垂直沉積情況下的過程，這樣就是圖1中的旋轉(zhuǎn)臺(tái)1沒有傾斜的情況，光柵線條4無法起到遮蔽作用，在光柵線條近似矩形的情況下，只在光柵線條頂部和底部波谷處有沉積金屬層5。

圖3是以光柵為掩模在參數(shù)耦合的情況下旋轉(zhuǎn)沉積的過程，所謂參數(shù)耦合是指基底的旋轉(zhuǎn)速度、光柵振幅H、占空比A/D、沉積角度θ以及沉積速率之間的相互匹配。在參數(shù)耦合的情況下，光柵線條4不斷的調(diào)節(jié)光柵波谷處的沉積速率，在光柵波谷處沉積出的新光柵線條7即是由于波谷處沉積速率不一致所產(chǎn)生的，即新光柵線條7的位置處的沉積速率明顯多于原光柵線條4兩側(cè)的沉積速率，這樣就使得沉積出的新光柵線條7與原光柵線條4之間產(chǎn)生了納米縫隙6。

圖4是以光柵為掩模在非參數(shù)耦合的情況下旋轉(zhuǎn)沉積的過程，所謂非參數(shù)耦合是指基底的旋轉(zhuǎn)速度、光柵振幅H、占空比A/D、沉積角度θ以及沉積速率之間并不相互匹配。在非參數(shù)耦合的情況下，光柵線條4不斷的調(diào)節(jié)光柵波谷處的沉積速率，在光柵線條4兩側(cè)的沉積速率大于波谷中間位置處的沉積速率，無法在波谷處形成新的線條。

圖5是納米光柵的原子力顯微鏡掃描圖，該納米光柵的周期600nm，光柵占空比為40%，光柵振幅即光柵線條4的高度H為150nm。

圖6是大面積納米縫隙陣列的原子力顯微鏡掃描圖，顯示納米縫隙陣列結(jié)構(gòu)上的納米縫隙。通過與納米光柵相比，可以看到在原光柵波谷處沉積出的新光柵線條7，以及沉積出的新光柵線條7與原光柵線條4之間的納米縫隙6。

圖7是檢測10^-15M濃度的苯硫酚的表面增強(qiáng)拉曼散射光譜，激光波長633nm，激光功率0.35mW，積分時(shí)間10s，平均次數(shù)3次。

圖8是檢測三種不同濃度的苯硫酚的表面增強(qiáng)拉曼散射光譜，實(shí)驗(yàn)參數(shù)與圖7的參數(shù)相同。

圖中標(biāo)記：1為旋轉(zhuǎn)臺(tái)；2為蒸發(fā)源；3為基底；4為掩模結(jié)構(gòu)；5為沉積金屬層；6為納米縫隙；7為沉積出的新光柵線條。

具體實(shí)施方式

下面詳細(xì)說明本發(fā)明提出用于制作大面積納米縫隙陣列結(jié)構(gòu)的實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步描述，有必要在此指出的是，以下實(shí)施例只用于本發(fā)明做進(jìn)一步說明，不能理解為對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，該領(lǐng)域技術(shù)熟練操作人員根據(jù)上述發(fā)明內(nèi)容對(duì)本發(fā)明做一些非本質(zhì)的改進(jìn)和調(diào)整，仍屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。

其中干涉激光光刻的步驟為在硅片的表面沉積粘附劑，甩涂光致抗蝕劑，前烘，在干涉光刻系統(tǒng)中進(jìn)行干涉曝光，然后顯影，通過控制曝光的時(shí)間和顯影時(shí)間來調(diào)節(jié)光柵的占空比。

本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例：將硅片沿著晶向用硅片刀切割成1cm×1cm的硅片作為基片，然后清洗處理硅片，使硅片的表面平整方便甩涂光致抗蝕劑。首先將硅片放在丙酮當(dāng)中，用超聲清洗儀清洗10分鐘，然后倒出丙酮加入酒精同樣超聲清洗10分鐘，接著使用超純水超聲清洗硅片10分鐘，最后將硅片放在濃硫酸與雙氧水（3：1比例混合）中，在90℃的情況下油浴1小時(shí)后，用超純水沖洗干凈后氮?dú)獯蹈伞?/p>

在清洗好的硅片上面沉積一層六甲基二硅氮(HMDS)，將4微升六甲基二硅氮與硅片放在一個(gè)密閉的玻璃容器中，在熱平板上100℃烘烤一分鐘，使六甲基二硅氮蒸發(fā)，然后取下冷卻兩分鐘，使六甲基二硅氮沉積在硅片的表面。

在硅片表上旋圖一層190nm厚度左右的AZ3100光致抗蝕劑（AZ3100光致抗蝕劑的稀釋比例為1：3 ）。甩膠機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度為3000rpm，厚度為190納米左右，光致抗蝕劑的厚度可以用臺(tái)階儀測量。光致抗蝕劑的厚度可以通過調(diào)節(jié)稀釋比例與甩膠機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度來調(diào)節(jié)。 甩膠完成后，將片子放在熱平板上面用100℃烘烤3分鐘，可蒸發(fā)掉抗蝕劑中的部分有機(jī)溶劑成分，將光致抗蝕劑中的溶劑含量由20至30％降至4至7％，膠厚度也將減少約10至20％。

然后用波長為442nm的He-Cd激光器搭建的干涉系統(tǒng)中進(jìn)行曝光，曝光要在黑暗的環(huán)境中進(jìn)行，避免雜光的干擾，曝光時(shí)間60s，曝光完成后要進(jìn)行顯影，顯影液為2%的TMAH有機(jī)弱堿溶液，顯影時(shí)間10s,放在超純水中沖洗一下，然后氮?dú)獯蹈?，得到納米光柵；納米光柵的占空比大約為40%，如圖5所示。

然后用得到的納米光柵鍍膜沉積，鍍膜的材料選用金屬銀，打開鍍膜機(jī)的真空艙室，沉積銀的質(zhì)量大約300mg，光柵掩模位于蒸發(fā)源的正上方，通過控制旋轉(zhuǎn)臺(tái)將光柵掩模傾斜40°的角度，此時(shí)光柵線條的起到部分陰影效應(yīng)，然后對(duì)艙室進(jìn)行抽真空；

當(dāng)真空度抽到10^-3Pa的時(shí)候，開始蒸發(fā)沉積金屬材料，并且在沉積的過程中通過旋轉(zhuǎn)臺(tái)保持基片的旋轉(zhuǎn)，基片的旋轉(zhuǎn)速度為45rpm。沉積完成，冷卻幾分鐘，打開艙室取出基片，得到大面積納米縫隙陣列結(jié)構(gòu)，如圖6所示。

按照本實(shí)施例中所設(shè)置的參數(shù)，將沉積得到的納米縫隙陣列浸泡在10^-15M濃度的苯硫酚溶液中8小時(shí)，取出基片然后用酒精輕輕的漂洗一下，然后進(jìn)行表面增強(qiáng)拉曼實(shí)驗(yàn)；選用波長為633nm的He-Ne激光器，功率0.35mW,積分時(shí)間設(shè)置為10s，平均次數(shù)3次，獲得表面增強(qiáng)拉曼散射光譜，如圖7所示；按照上述相同的參數(shù)，用不同濃度的苯硫酚溶液進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，獲得的表面增強(qiáng)拉曼散射光譜如圖8所示。 本發(fā)明并不局限于前述的具體實(shí)施方式。本發(fā)明擴(kuò)展到任何在本說明書中披露的新特征或任何新的組合，以及披露的任一新的方法或過程的步驟或任何新的組合。