基于纳米掩膜制备技术的电化学制备纳米阵列结构材料方法
专利汇可以提供基于纳米掩膜制备技术的电化学制备纳米阵列结构材料方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种基于纳米掩膜技术的电化学纳米阵列结构材料制备方法，用于纳米光 电子 器件制造领域，尤其是 光子 晶体材料及器件。本 发明 包括如下步骤：a)将单分散的有机/无机纳米球均匀分布在基底表面，形成纳米阵列或图形排列；b)以上述纳米阵列或图形作为掩膜，采用电化学 刻蚀 工艺，进行纳米阵列或图形的刻蚀，在基底表面形成纳米阵列或图形结构；c)去除表面的有机/无机 纳米材料 ，获得纳米阵列或图形结构。本发明适于金属、 半导体 材料纳米阵列结构的制备，最小尺寸可达到10纳米以下，所采用的电化学刻蚀工艺具有高效、廉价、简便、可在大气环境下进行等优点，便于推广和应用。，下面是基于纳米掩膜制备技术的电化学制备纳米阵列结构材料方法专利的具体信息内容。
1、一种基于纳米掩膜制备技术的电化学制备纳米阵列结构材料方法，其特征在于，包括 如下步骤：
a)将单分散的无机、有机纳米粒子或无机纳米粒子与聚合物共混的混合物均匀排布在衬 底材料表面，形成纳米阵列图形；
b)以a)中纳米阵列图形为掩膜，采用电化学刻蚀进行纳米图形和阵列的刻蚀，在衬底表 面形成纳米阵列图案及深度的有序二维阵列结构；
c)除去表面残留纳米材料，获得纳米阵列图案和有序二维阵列结构。
2、根据权利要求1中所述的方法，其特征为，所述纳米掩膜制备技术为在步骤a)中，所 使用的无机纳米粒子为氧化硅、氧化铝或氧化钛；有机纳米粒子为聚苯乙烯(PS)、聚甲基丙 烯酸甲酯(PMMA)、硬脂酸纳米球(SA-NP)、环孢素A硬脂酸纳米球(CYA-SA-NP)或聚糠醛纳 米球和壳聚糖人工合成及天然物质纳米粒子。
3、根据权利要求1或2中所述的方法，其特征为，所述的纳米粒子均匀排布在衬底材料 表面，具体为：采用自组装、旋涂、自然蒸发、垂直提拉或LB膜技术在衬底材料表面形成 分布均匀有序的纳米颗粒陈列，单层膜的制备能够获得最佳刻蚀效果。
4、根据权利要求1所述的方法，其特征为，步骤a)无机纳米粒子与聚合物共混的混合物 均匀排布为：采用化学反应法除去无机纳米粒子或热蒸发法除去有机物，形成有机物构成的 多孔纳米阵列掩膜或无机纳米粒子排布的阵列掩膜。
5、根据权利要求1所述的方法，其特征为，步骤b)中所述的纳米图形和阵列的刻蚀为： 先对无机或有机纳米粒子均匀分布后进行热处理，温度视材料而定，有机物纳米掩膜温度在 100～300℃，无机纳米掩膜温度在200～500℃；无机纳米粒子与聚合物共混的混合物均匀排 布，然后再电化学刻蚀衬底材料。
6、根据权利要求1或5所述的方法，其特征为，所述的衬底材料为镍、铜、铁、钴、铝、 钛或锌，合金为钛基合金、钴基合金、铜基合金、镍基合金或铁基合金；半导体材料为锗、 硅、砷化镓、磷化铟、磷化镓、砷化铟或氧化锌及导电的氧化铜、氧化镍或氧化锡。
7、根据权利要求1所述的方法，其特征为，步骤c)中，所述的除去表面残留纳米材料为 利用物理或化学方法去除表面的残留纳米材料，包括高温处理和化学方法。
8、根据权利要求1所述的方法，其特征为，所述的电化学方法中的电解液为酸、碱或盐 溶液，酸液浓度为0.01mol/L-5mol/L；碱液浓度为0.01mol/L-5mol/L；盐溶液浓度为0.01mol/L -饱和盐溶液，pH值在3～12。
9、根据权利要求1或5中所述的方法，其特征为，所述的电化学方法及所用设备，具体 为，利用恒压或恒流模式，采用的设备为电化学工作站或恒流稳压电源。
技术领域
本发明涉及的是一种纳米阵列结构制备方法，特别是一种基于纳米掩膜技术的电化学制备 纳米阵列结构方法。用于纳米光电子制造技术和光子晶体材料及器件领域。
技术背景
在本世纪，新型高性能材料、器件与系统将依赖于纳米技术的发展。利用纳米技术对实 现高性能器件，如高灵敏度传感器、高集成密度纳米器件等具有十分重要的现实意义和社会 影响。但由于传统光刻技术受自身光学衍射等方面的限制，很难使图形尺寸接近100纳米， 甚至几十纳米。近年来，原子力纳米加工、激光干涉刻蚀和新一代光刻技术如：极紫外(EUV)、 X射线、电子束投影和离子束投影等纳米加工技术已被广泛开展，但是，这些技术均存在刻 蚀设备非常昂贵的问题，投入成本较高，且有的设备刻蚀速度慢，且刻蚀需在真空条件下完 成，难以满足工业生产规模化要求。
经文献检索，发现2003年Kuo C-W等(Advanced Materials，2003，15：1065；J.Phys.Chem.B 2003，107，9950)报道了旋涂聚苯乙烯微球掩膜，并沉积Cr膜，然后通过CH2Cl2溶液去除聚 苯乙烯，通过离子束刻蚀，获得了柱状纳米硅阵列的结果。相关的中国发明专利，1，专利号 为02136120.7、授权公开号为CN 1391264A，名称为“一种基于自组织的纳米颗粒图案的光刻 方法”，2，专利号200410054208.8、授权公开号为CN 1606137A，名称为“基于纳米材料排 布的纳米刻蚀方法”。以上文献和专利中的刻蚀技术均采用离子束刻蚀技术，由于离子束刻蚀 存在设备昂贵，刻蚀速度较慢等不足，从而限制了其工业规模化的发展。
发明内容
本发明通过以下技术方案实现，具体步骤如下：
一种基于纳米掩膜制备技术的电化学制备纳米阵列结构材料方法，其特征在于，包括如 下步骤：
a)将单分散的无机、有机纳米粒子或无机纳米粒子与聚合物共混的混合物均匀排布在衬 底材料表面，形成纳米阵列图形；
b)以a)中纳米阵列图形为掩膜，采用电化学刻蚀进行纳米图形和阵列的刻蚀，在衬底表 面形成纳米阵列图案及深度的有序二维阵列结构；
c)除去表面残留纳米材料，获得纳米阵列图案和有序二维阵列结构。
所述纳米掩膜制备技术为步骤a)中，所使用的无机纳米粒子为氧化硅、氧化铝或氧化钛； 有机纳米粒子为聚苯乙烯(PS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、硬脂酸纳米球(SA-NP)、环孢 素A硬脂酸纳米球(CYA-SA-NP)或聚糠醛纳米球和壳聚糖人工合成及天然物质纳米粒子。
所述的纳米粒子均匀排布在衬底材料表面，具体为：采用自组装、旋涂、自然蒸发、垂 直提拉或LB膜技术在衬底材料表面形成分布均匀有序的纳米颗粒陈列，单层膜的制备能够 获得最佳刻蚀效果。
步骤a)无机纳米粒子与聚合物共混的混合物均匀排布为：采用化学反应法除去无机纳米粒 子或热蒸发法除去有机物，形成有机物构成的多孔纳米阵列掩膜或无机纳米粒子排布的阵列 掩膜。
步骤b)中所述的纳米图形和阵列的刻蚀为：先对无机或有机纳米粒子均匀分布后进行热处 理，温度视材料而定，有机物纳米掩膜温度在100～300℃，无机纳米掩膜温度在200～500℃； 无机纳米粒子与聚合物共混的混合物均匀排布，然后再电化学刻蚀衬底材料。
所述的衬底材料为镍、铜、铁、钴、铝、钛或锌，合金为钛基合金、钴基合金、铜基合金、 镍基合金或铁基合金；半导体材料为锗、硅、砷化镓、磷化铟、磷化镓、砷化铟或氧化锌及 导电的氧化铜、氧化镍或氧化锡。
步骤c)中，所述的除去表面残留纳米材料为利用物理或化学方法去除表面的残留纳米材 料，包括高温处理和化学方法。
所述的电化学方法中的电解液为酸、碱或盐溶液，酸液浓度为0.01mol/L-5mol/L；碱液浓 度为0.01mol/L-5mol/L；盐溶液浓度为0.01mol/L-饱和盐溶液，pH值在3～12。
所述的电化学方法及所用设备，具体为，利用恒压或恒流模式，采用的设备为电化学工 作站或恒流稳压电源。
附图说明
图1纳米柱状阵列结构和多孔阵列结构形成示意图；
图2恒电流条件下获得的InP有序纳米柱状阵列结构；
图3恒电流条件下获得的InP有序纳米多孔阵列结构。
具体实施方式
首先，通过Stober法获得直径约100纳米的SiO2微球，将其按重量比，SiO2微球∶无水 乙醇＝1∶500进行配比，利用超声搅拌20分钟，形成单分散胶体。利用旋涂工艺在n型InP 衬底(重掺杂)表面制备单层膜，然后在80℃下热处理20分钟。然后将处理好的样品粘在 铜柱上，并在3M NaCl溶液中进行电化学处理，最后，获得直径为10到50纳米柱状阵列结 构，所得结构如图2所示。
实施例2
首先，通过Stober法获得直径约100纳米的SiO2微球，将其按重量比，SiO2微球∶无水 乙醇＝1∶500进行配比，利用超声搅拌20分钟，形成单分散胶体。将Tritonx-100加入其中， 比例按照SiO2微球∶Tritonx-100∶无水乙醇＝1∶1∶500(重量比)，再利用超声搅拌20分钟 使其均匀，利用旋涂工艺在n型InP衬底(重掺杂)表面制备单层膜，然后在80℃下热处理 20分钟。然后将处理好的样品粘在铜柱上，并用5％的HF溶液除去SiO2微球，然后在3M NaCl 溶液中进行电化学处理，最后，获得直径约为10纳米多孔阵列结构，所得结构如图3所示。
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