專利名稱：基于薄膜材料的三維自支撐微納米功能結(jié)構(gòu)的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及三維微納器件技術(shù)領(lǐng)域，是三維自支撐微納米功能結(jié)構(gòu)及陣列的制作方法，特別涉及一種基于納米薄膜材料的生長(zhǎng)，支撐的納米薄膜上微納米圖形的加工以及離子束輻照對(duì)支撐的納米薄膜平面內(nèi)的微納米圖形進(jìn)行形變操縱來(lái)制備不位于支撐襯底平面內(nèi)的三維微納米功能結(jié)構(gòu)與器件的技術(shù)。
背景技術(shù)：
隨著微電子工藝的發(fā)展，器件向著小型化發(fā)展的困難也在逐步增大，三維器件的構(gòu)造無(wú)疑成為提高器件集成密度的一個(gè)重要途徑。尋找一種三維可控的空間納米結(jié)構(gòu)的制造方法已經(jīng)引起越來(lái)越多人的關(guān)注。三維空間微納米結(jié)構(gòu)有著廣泛的應(yīng)用，人們通過(guò)雙光子干涉曝光、激光燒蝕、激光干涉曝光、灰度曝光、聚焦電子束/離子束刻蝕、沉積、輻照等工藝，制備出了多種多樣的三維微納結(jié)構(gòu)，制備了例如微納鑷子，三維光子晶體，三維超材料陣列等一系列的器件結(jié)構(gòu)。但是現(xiàn)有的三維微納器件的制備方法都有著種種缺陷通過(guò)雙光子干涉曝光、激光燒蝕、激光干涉曝光等工藝制備的三維結(jié)構(gòu)的圖形尺寸受激光光斑大小的影響很大，制備出的三維圖形最小尺寸都在微米量級(jí)左右；灰度曝光工藝的圖形分辨率依賴于曝光光斑的大小，對(duì)電子束灰度曝光來(lái)說(shuō)的話分辨率可以達(dá)到納米量級(jí)，但是由灰度曝光制備的三維結(jié)構(gòu)都比較簡(jiǎn)單，對(duì)于自支撐的三維納米結(jié)構(gòu)的制備灰度曝光是無(wú)能為力的，而且也無(wú)法實(shí)現(xiàn)高高寬比圖形的金屬化或功能化處理；聚焦電子束/離子束刻蝕、輔助沉積可以制備自支撐的三維微納米結(jié)構(gòu)，但不僅要耗費(fèi)大量的時(shí)間，而且無(wú)法制備高純的金屬材料。因此急需發(fā)展一種功能化自支撐三維納米結(jié)構(gòu)的可設(shè)計(jì)、可控、高效的大面積制備方法。這里我們通過(guò)將納米厚度的薄膜制備成自支撐結(jié)構(gòu)，通過(guò)支撐層的制備和微納加工圖形化的方法，制備出大量的平面內(nèi)的僅一端與納米薄膜體相連的微納米圖形結(jié)構(gòu)，然后利用離子束輻照技術(shù)來(lái)誘導(dǎo)控制納米薄膜平面內(nèi)的微納米圖形向著離子束的方向彎曲，從而制備自支撐的三維微納米功能結(jié)構(gòu)陣列，大大擴(kuò)展了三維微納結(jié)構(gòu)的制備范圍，為三維微納器件的加工應(yīng)用提供了新方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種制備三維自支撐微納米功能結(jié)構(gòu)陣列的方法，通過(guò)離子束輻照使支撐的微納米薄膜圖形形變與襯底形成一定夾角從而形成三維立體納米結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)真正意義上三維自支撐微納米結(jié)構(gòu)的制備，為三維微納器件的應(yīng)用提供新技術(shù)。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供基于納米薄膜結(jié)構(gòu)的三維自支撐微納米功能結(jié)構(gòu)的制備方法，所述方法技術(shù)解決方案的步驟包括如下步驟S1:光滑襯底的清洗；步驟S2 :在干凈光滑的襯底上制備一層過(guò)渡層；步驟S3 :在有過(guò)渡層的光滑襯底上生長(zhǎng)納米薄膜；步驟S4 :將有過(guò)渡層的光滑襯底上生長(zhǎng)納米薄膜放入能溶解過(guò)渡層的溶液中，使過(guò)渡層溶解并將長(zhǎng)在過(guò)渡層上的納米薄膜與襯底分離，并使納米薄膜漂浮或懸浮在溶劑液中，由此形成具有漂浮納米薄膜的體系；步驟S5 :在支撐襯底上通過(guò)微納加工手段制備孔洞或者凹陷結(jié)構(gòu)，制備出具有孔洞結(jié)構(gòu)的支撐襯底；步驟S6 :將具有孔洞結(jié)構(gòu)的支撐襯底放入到步驟S4處理完畢的具有漂浮納米薄膜的體系中，移動(dòng)具有孔洞結(jié)構(gòu)的支撐襯底，使納米薄膜附著在具有孔洞結(jié)構(gòu)的支撐襯底上表面，并從溶液中將附有納米薄膜的具有孔洞結(jié)構(gòu)的支撐襯底取出，得到支撐的納米薄步驟S7 :在支撐的納米薄膜本體上制備與支撐的納米薄膜局部相連的微納米圖形；或在支撐的納米薄膜上加工或生長(zhǎng)局部支撐結(jié)構(gòu)，并且制備與局部支撐結(jié)構(gòu)相連的微納米圖形；步驟S8 :對(duì)步驟S7中微納米圖形進(jìn)行離子束輻照，利用離子束的輻照作用，使微納米圖形彎曲變形，形成三維立體薄膜微納米結(jié)構(gòu)，得到三維自支撐微納米功能結(jié)構(gòu)的成
品O優(yōu)選實(shí)施例，其特征在于，步驟S2中所述過(guò)渡層的材料是不與步驟SI中的襯底以及所要生長(zhǎng)的納米薄膜發(fā)生反應(yīng)的光刻膠、聚合物、表面活性劑、或是家用洗潔精中的一種或幾種的組合，并在納米薄膜生長(zhǎng)后仍能溶于所需的溶液即可。優(yōu)選實(shí)施例，其特征在于，步驟S3中納米薄膜的材料是半導(dǎo)體、金屬或絕緣介質(zhì)中的一種或幾種的組合；所述納米薄膜的面積尺寸略大于孔洞結(jié)構(gòu)的尺寸，略大于孔洞結(jié)構(gòu)的尺寸是用于將納米薄膜搭接在具有孔洞結(jié)構(gòu)的支撐襯底上；所制備的納米薄膜是單層，或是多層。優(yōu)選實(shí)施例，其特征在于，步驟S5中支撐襯底是利用微納加工的方法，將支撐襯底表面圖形化，然后利用圖形轉(zhuǎn)移方法形成所需要的支撐襯底；或支撐襯底是市場(chǎng)能夠購(gòu)買到網(wǎng)柵結(jié)構(gòu)。優(yōu)選實(shí)施例，其特征在于，步驟S7中局部支撐結(jié)構(gòu)的制備是在支撐的納米薄膜上進(jìn)行、或者在納米薄膜還未剝離光滑襯底之前進(jìn)行，即在納米薄膜生長(zhǎng)后就進(jìn)行納米薄膜上表面的局部支撐結(jié)構(gòu)的制備；局部支撐結(jié)構(gòu)是能形成固體微納米結(jié)構(gòu)的金屬、半導(dǎo)體、或介質(zhì)材料的一種或幾種的組合；局部支撐結(jié)構(gòu)的制備方法是采用微納加工的手段，所述微納加工的手段包括是光學(xué)曝光或者電子束曝光來(lái)形成所需的光刻膠圖形，然后利用金屬沉積，溶脫去掉多余的金屬和殘膠后即形成所需的局部支撐結(jié)構(gòu)；或是整體沉積一層局部支撐材料層，然后利用曝光工藝制備出光刻膠的圖形，以光刻膠的圖形為掩模來(lái)對(duì)樣品進(jìn)行刻蝕，去掉殘余的光刻膠后即得到所需的納米薄膜表面的局部支撐結(jié)構(gòu)；或是利用電子束或離子束輔助沉積的方法來(lái)直接沉積得到納米薄膜表面的局部支撐結(jié)構(gòu)。優(yōu)選實(shí)施例，其特征在于，步驟S8中所述圖形發(fā)生彎曲形變所使用的離子束種類是聚焦離子束，或是寬束離子束；離子束中離子的能量大于500電子伏特。優(yōu)選實(shí)施例，其特征在于，所采用離子束的輻照方式包括對(duì)孔洞支撐襯底及其上所有的微納米圖形結(jié)構(gòu)的整體進(jìn)行輻照，或?qū)δ承﹨^(qū)域進(jìn)行選擇性局部輻照；采用不同的離子束輻照參數(shù)，控制納米薄膜上微納米圖形彎曲程度，并使彎曲的圖形與納米薄膜平面的夾角范圍控制在O到180°之間。優(yōu)選實(shí)施例，其特征在于，所述離子束輻照參數(shù)包括離子束的能量、劑量、束流、離子束的掃描速度、掃描方式、離子束輻照次數(shù)以及離子束入射角，所述離子束入射角是入射離子束與微納米結(jié)構(gòu)圖形所在平面的夾角。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明中，依次通過(guò)納米薄膜在光滑襯底上的生長(zhǎng)，納米薄膜與光滑襯底的分離，孔洞支撐襯底的制備，納米薄膜到孔洞支撐襯底的轉(zhuǎn)移，納米薄膜上局部支撐結(jié)構(gòu)與微納米圖形的加工，離子束輻照誘導(dǎo)支撐的納米薄膜平面內(nèi)微納米圖形的三維形變這一系列的工藝過(guò)程。這些過(guò)程的有機(jī)結(jié)合，其特點(diǎn)在于可通過(guò)多種薄膜生長(zhǎng)的方法獲得各種薄膜材料，能滿足多領(lǐng)域不同的需求；采用過(guò)渡層溶解的方法使薄膜材料與襯底分離，經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)單、實(shí)用；采用微納加工的方法獲得孔洞支撐襯底結(jié)構(gòu)，具有高度的靈活性與可操作性；采用各種微納加工手段在支撐的納米薄膜上進(jìn)行局部支撐結(jié)構(gòu)與微納圖形制備，具有高可控性、高精度、高重復(fù)性等特點(diǎn)；通過(guò)離子束輻照，使支撐的薄膜平面內(nèi)的微納米圖形發(fā)生可控的三維形變，具有大面積、高可控、可設(shè)計(jì)、和高效等特點(diǎn)。通過(guò)這一技術(shù)制備的自支撐三維微納米結(jié)構(gòu)圖形復(fù)雜、功能獨(dú)特、材料種類齊全。這一技術(shù)可克服傳統(tǒng)微納加工技術(shù)在三維圖形制備中的嚴(yán)重不足，即無(wú)法同時(shí)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜圖形形狀可設(shè)計(jì)、多功能化、大面積、高效、可控加工的瓶頸。本發(fā)明大大擴(kuò)展了三維微納米結(jié)構(gòu)的制備范圍，為新型多功能三維微納器件的加工應(yīng)用提供了新方法。
〔維自支撐微納米功能結(jié)構(gòu)陣列的方法的流程圖。
〔維自支撐微納米功能結(jié)構(gòu)陣列的方法制備的納米盒子。三維自支撐微納米功能結(jié)構(gòu)陣列的方法制備的納米對(duì)折
三維自支撐微納米功能結(jié)構(gòu)陣列的方法制備的納米門框


圖1是本發(fā)明一種制備」圖2是本發(fā)明采用制備」圖3是本發(fā)明采用制備板。圖4是本發(fā)明采用制備超材料陣列。圖中標(biāo)記說(shuō)明
光滑襯底I納米薄膜3孔洞結(jié)構(gòu)5多個(gè)局部支撐結(jié)構(gòu)7;
過(guò)渡層2；
支撐襯底4;
多個(gè)微納米圖形6;
多個(gè)微納米圖形原始位置8;多個(gè)三維自支撐微納米功能結(jié)構(gòu)9;多個(gè)方形納米薄膜片10;
三維自支撐微納米中空盒11; 多個(gè)三維自支撐納米對(duì)折板12;多個(gè)三維自支撐納米門框結(jié)構(gòu)13。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。圖1示出制備三維自支撐微納米功能結(jié)構(gòu)陣列的流程圖，其中包括光滑襯底1、過(guò)渡層2、納米薄膜3、支撐襯底4、支撐襯底4上的孔洞結(jié)構(gòu)5、支撐的納米薄膜3上的多個(gè)微納米圖形6、支撐的納米薄膜3平面內(nèi)的多個(gè)局部支撐結(jié)構(gòu)7、多個(gè)微納米圖形原始位置
8、多個(gè)三維自支撐微納米功能結(jié)構(gòu)9。本發(fā)明的方法包括步驟(I)和(2)對(duì)光滑襯底I表面進(jìn)行清洗；在表面清潔光滑的襯底I上制備一層過(guò)渡層2 ；(3)在有過(guò)渡層2的光滑襯底I上生長(zhǎng)納米薄膜3 ；(4)依據(jù)過(guò)渡層2的性質(zhì)將長(zhǎng)有納米薄膜3的樣品放入與過(guò)渡層2相應(yīng)的溶劑后，通過(guò)過(guò)渡層2的溶解使納米薄膜3與光滑襯底I分離，并漂浮在溶液中。(5)具有孔洞結(jié)構(gòu)5的支撐襯底4的制備；適合于本發(fā)明的孔洞結(jié)構(gòu)5的支撐襯底4多種多樣可以是商用的孔洞結(jié)構(gòu)5，如TEM網(wǎng)柵等；也可以加工制備，例如在半導(dǎo)體襯底上(如Si，GaAS，Ge，InP，GaN等)或金屬(如Cu，Mo, Au等)上首先采用化學(xué)氣相沉積，原子層沉積，濺射等方法制備介質(zhì)薄膜(如Si3N4, SiO2, Al2O3等)或C薄膜，然后通過(guò)光學(xué)光刻、電子束、離子束、激光束等光刻膠圖形加工方法制備孔洞結(jié)構(gòu)5加工所需的掩模，然后通過(guò)干法(感應(yīng)耦合等離子體刻蝕，反應(yīng)離子刻蝕，離子刻蝕等)或濕法腐蝕，獲得所需的鏤空薄膜孔洞結(jié)構(gòu)5，或在半導(dǎo)體或金屬襯底上直接制備孔洞結(jié)構(gòu)5。(6)將納米薄膜3轉(zhuǎn)移到具有孔洞結(jié)構(gòu)5的支撐襯底4上；將具有孔洞結(jié)構(gòu)5的支撐襯底4放入到浸泡納米薄膜3的溶劑中，通過(guò)手工操作和納米薄膜3與水的相互作用使納米薄膜3在溶劑中平展的展開，將展開的納米薄膜3用鑷子夾住一點(diǎn)輕輕的拉到支撐襯底4的上方，夾起納米薄膜3下方的支撐襯底4，使之托起上方的納米薄膜3，輕輕的從溶劑中撈出。使用氣搶吹干表面附有支撐的納米薄膜3的支撐襯底4，同時(shí)利用氣槍的沖力使支撐的納米薄膜3在支撐襯底4上展開。如果不希望支撐的納米薄膜3和支撐襯底4受過(guò)渡層2溶劑的影響，可以通過(guò)稀釋的辦法或者溶液由于密度不同自分離的辦法將過(guò)渡層2溶解換成其他種類。(7)支撐的納米薄膜3上平面內(nèi)圖形的制備；依據(jù)設(shè)計(jì)的自支撐三維微納米功能結(jié)構(gòu)的形狀、尺寸與周期分布，在支撐的納米薄膜3上制備出相應(yīng)的微納米圖形6。支撐的納米薄膜3上的微納米圖形6可以以各種方式存在。若最后所得成品自支撐三維微納米結(jié)構(gòu)通過(guò)自身材料與支撐的納米薄膜3本體相連，則可在支撐的納米薄膜3上制備僅一端與之相連的微納米圖形6。支撐的納米薄膜3上的微納米圖形6的制備可以采用多種方法實(shí)現(xiàn)直接采用聚焦離子束刻蝕的辦法在支撐的納米薄膜3上刻蝕出微納米圖形6 ;也可以采用光學(xué)光刻或者電子束曝光的辦法在支撐的納米薄膜3上制備出光刻膠掩模圖形，再利用反應(yīng)離子刻蝕或者腐蝕的辦法制備出微納米圖形6，將殘余的光刻膠去掉后就形成了所需要的支撐納米薄膜3上的僅一端與之相連的微納米圖形6。反之，當(dāng)微納米圖形6不可以自支撐的情況下，則需依據(jù)設(shè)計(jì)的自支撐三維微納米功能結(jié)構(gòu)的形狀，在支撐的納米薄膜3上制備具有一定厚度和形狀的局部支撐結(jié)構(gòu)7，如微納米線等，來(lái)充當(dāng)最后所得成品三維自支撐薄微納米功能結(jié)構(gòu)的部分支架。局部支撐結(jié)構(gòu)7的制備可以采用傳統(tǒng)的光學(xué)光刻或者電子束曝光工藝，制備出一定的光刻膠圖形，然后通過(guò)金屬沉積與溶脫剝離，去掉多余的結(jié)構(gòu)來(lái)形成；也可以先沉積一層局部支撐結(jié)構(gòu)7的材料，然后通過(guò)光刻或者電子束曝光在支撐材料上制備出光刻膠圖形，然后利用刻蝕或者腐蝕的辦法將多余的支撐結(jié)構(gòu)去掉；也可以直接利用電子束/離子束輔助沉積的辦法，直接生長(zhǎng)出所需要的局部支撐結(jié)構(gòu)7。微納米圖形6是具有多種形狀的結(jié)構(gòu)陣列，例如矩形結(jié)構(gòu)陣列、三角形結(jié)構(gòu)陣列或圓形結(jié)構(gòu)陣列中的一種或幾種的組合，其他結(jié)構(gòu)不再贅述。(8)離子束輻照誘導(dǎo)的支撐的納米薄膜平面內(nèi)微納米圖形結(jié)構(gòu)的三維彎曲形變；對(duì)步驟(7)中所加工得到的支撐的納米薄膜3的平面內(nèi)的微納米圖形6進(jìn)行離子束輻照，由于離子束的輻照作用，微納米圖形6會(huì)彎曲變形，形成自支撐三維立體微納米功能結(jié)構(gòu)成品。三維自支撐微納米功能結(jié)構(gòu)陣列是具有多種形狀結(jié)構(gòu)陣列，例如矩形結(jié)構(gòu)陣列、三角形結(jié)構(gòu)陣列或圓形結(jié)構(gòu)陣列中的一種或幾種的組合，其他結(jié)構(gòu)不再贅述。[實(shí)施例1]采用“一種制備三維自支撐微納米功能結(jié)構(gòu)陣列的方法”制備三維金屬超材料結(jié)構(gòu)陣列(以單層金薄膜為例)，包括以下步驟(I)硅襯底清洗依次采用丙酮，乙醇，去離子水對(duì)硅襯底進(jìn)行超生清洗，然后用氮?dú)獯蹈?，?80攝氏度的熱板上烘烤10分鐘，并使之自然冷卻。(2)過(guò)渡層2的敷涂在步驟(I)處理過(guò)的干凈光滑的Si襯底上敷涂一層電子束光刻膠PMMA(495，5% ) (1300轉(zhuǎn)/分鐘，旋涂后180攝氏度烘烤I分鐘，可重復(fù)旋涂)。(3)金屬金納米薄膜3的制備在敷涂有電子束光刻膠PMMA的襯底I上通過(guò)電子束蒸發(fā)沉積厚度為100納米厚的金薄膜層3。(4)金屬薄膜3與光滑襯底I的分離；將生長(zhǎng)有100納米金薄膜3的襯底I浸泡在丙酮中，使電子束光刻膠PMMA溶解，金膜3從襯底I表面脫落，加熱丙酮可縮短金膜剝離的時(shí)間。(5)具有孔洞結(jié)構(gòu)5的支撐襯底4的制備；在硅襯底上通過(guò)低壓化學(xué)氣相沉積(LPCVD)方法生長(zhǎng)200納米的氮化硅層，然后在長(zhǎng)有氮化硅的襯底上敷涂1. 5微米厚的S1813光刻膠，在115攝氏度的熱板上烘烤一分鐘，之后采用紫外光刻設(shè)備進(jìn)行曝光，劑量為200豪焦/平方厘米(mj/cm2)，顯影40秒后獲得所需的邊長(zhǎng)為40微米，間距為200微米的正方形陣列光刻膠掩模圖形，接著通過(guò)氫氧化鉀(KOH)水溶液的選擇性腐蝕，在硅襯底上腐蝕出正方形凹陷結(jié)構(gòu)。(6)金納米薄膜3到Si凹陷結(jié)構(gòu)支撐襯底4上的轉(zhuǎn)移；將步驟(5)中制備好的具有凹陷結(jié)構(gòu)的Si襯底4放入到步驟⑷處理后的溶液中，利用納米薄膜3與水的相互作用使納米薄膜3在溶劑中展開，用鑷子夾住金膜，輕輕的拉到支撐襯底4的上方，將具有正方形凹陷結(jié)構(gòu)的支撐襯底4上抬，使之托起上方的納米薄膜3并從溶劑中撈出。采用氮?dú)鈸尨蹈杀砻娓接屑{米薄膜3的凹陷支撐襯底4，同時(shí)利用氣槍的沖力使納米薄膜6在支撐襯底4上展開。(7)支撐的金納米薄膜3平面上微納米圖形的刻蝕與局部支撐結(jié)構(gòu)7的制備；這一步驟中，加工了三種結(jié)構(gòu)其一是采用聚焦離子束輔助沉積的辦法，通過(guò)10皮安的鎵離子束，以六羧基鎢(W(CO)6)為金屬有機(jī)物氣態(tài)分子源，設(shè)定離子束掃描區(qū)域，使每根納米線圖形的掃描時(shí)間為50秒，在Au薄膜上直接生長(zhǎng)交叉的鎢混合物納米線，用作所需的自支撐三維微納米結(jié)構(gòu)的局部支撐結(jié)構(gòu)7然后通過(guò)聚焦離子束刻蝕，采用30皮安的Ga+離子束，垂直入射在金納米薄膜上，設(shè)定無(wú)線寬的三段相連的納米線，使離子束在每一根納米線圖形上的掃描時(shí)間為10秒，依次獲得四個(gè)方形納米薄膜片10，每一塊狀結(jié)構(gòu)的三端與薄膜體分離，另外一端與局部支撐結(jié)構(gòu)7上保留的薄膜體相連；其二是采用聚焦離子束輔助沉積的辦法，采用10皮安的Ga+離子束，以W(CO)6為金屬有機(jī)物氣態(tài)分子源，設(shè)定離子束掃描區(qū)域，使每根納米線圖形的掃描時(shí)間為60秒，在金薄膜上直接生長(zhǎng)出單根鎢混合物納米線，然后通過(guò)聚焦離子束刻蝕，獲得金薄膜平面內(nèi)的兩個(gè)方形納米薄膜片10，每一塊狀結(jié)構(gòu)的三端與薄膜體分離，另外一端與鎢納米線局部支撐結(jié)構(gòu)7上保留的薄膜體相連。其三是采用聚焦離子束刻蝕技術(shù)，用30皮安的鎵(Ga+)離子束，垂直入射在金納米薄膜上，設(shè)定無(wú)線寬的三段相連的納米線，使離子束在每一根納米線圖形上的掃描時(shí)間為10秒，在支撐的金納米薄膜3平面內(nèi)刻蝕出“門框”形輪廓13 ；(8)對(duì)步驟(7)中的結(jié)構(gòu)進(jìn)行離子束輻照三維形變加工采用的鎵離子源聚焦離子束，加速電壓為30千伏，束流為150皮安，掃描面積為19. 7微米X 20微米，單禎掃描時(shí)間為163秒，垂直入射的條件下，對(duì)(7)中所制備的微納米結(jié)構(gòu)進(jìn)行離子束輻照，由于離子束的輻照作用，微納米圖形發(fā)生彎曲變形，最終彎向離子束的方向，形成金納米材料自支撐三維立體結(jié)構(gòu)，圖2示出本發(fā)明采用制備三維自支撐微納米功能結(jié)構(gòu)陣列的方法制備的微納米中空盒11、圖3示出本發(fā)明采用制備三維自支撐微納米功能結(jié)構(gòu)陣列的方法制備的納米對(duì)折板12以及圖4示出本發(fā)明采用制備三維自支撐微納米功能結(jié)構(gòu)陣列的方法制備的納米門框超材料陣列13。圖中8為多個(gè)微納米圖形6在離子束輻照形變后，在支撐的納米薄膜3上所顯示的多個(gè)原始位置。通過(guò)控制離子束的入射方向與掃描的次數(shù)來(lái)控制納米薄膜結(jié)構(gòu)最終的彎曲取向，通過(guò)離子束掃描的劑量，以及掃描方式等參數(shù)的調(diào)制來(lái)控制彎度微納米結(jié)構(gòu)的彎曲程度與形變速度，形成可設(shè)計(jì)的三維立體自支撐微納米功能結(jié)構(gòu)。(9)得到三維立體自支撐微納米功能結(jié)構(gòu)成品。以上所述，僅為本發(fā)明中的具體實(shí)施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉該技術(shù)的人在本發(fā)明所揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可理解想到的變換或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的包含范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種基于薄膜結(jié)構(gòu)的三維自支撐微納米功能結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，包括步驟步驟S1:光滑襯底的清洗；步驟S2 :在干凈光滑的襯底上制備一層過(guò)渡層；步驟S3 :在有過(guò)渡層的光滑襯底上生長(zhǎng)納米薄膜；步驟S4 :將有過(guò)渡層的光滑襯底上生長(zhǎng)納米薄膜放入能溶解過(guò)渡層的溶液中，使過(guò)渡層溶解并將長(zhǎng)在過(guò)渡層上的納米薄膜與襯底分離，并使納米薄膜漂浮或懸浮在溶劑液中， 由此形成具有漂浮納米薄膜的體系；步驟S5 :在支撐襯底上通過(guò)微納加工手段制備孔洞或者凹陷結(jié)構(gòu)，制備出具有孔洞結(jié)構(gòu)的支撐襯底；步驟S6 :將具有孔洞結(jié)構(gòu)的支撐襯底放入到步驟S4處理完畢的具有漂浮納米薄膜的體系中，移動(dòng)具有孔洞結(jié)構(gòu)的支撐襯底，使納米薄膜附著在具有孔洞結(jié)構(gòu)的支撐襯底上表面，并從溶液中將附有納米薄膜的具有孔洞結(jié)構(gòu)的支撐襯底取出，得到支撐的納米薄膜；步驟S7 :在支撐的納米薄膜本體上制備與支撐的納米薄膜局部相連的微納米圖形；或在支撐的納米薄膜上加工或生長(zhǎng)局部支撐結(jié)構(gòu)，并且制備與局部支撐結(jié)構(gòu)相連的微納米圖形；步驟S8 :對(duì)步驟S7中微納米圖形進(jìn)行離子束輻照，利用離子束的輻照作用，使微納米圖形彎曲變形，形成三維立體薄膜微納米結(jié)構(gòu)，得到三維自支撐微納米功能結(jié)構(gòu)的成品。
2.如權(quán)利要求1所述的三維自支撐微納米功能結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，步驟S2 中所述過(guò)渡層的材料是不與步驟SI中的襯底以及所要生長(zhǎng)的納米薄膜發(fā)生反應(yīng)的光刻膠、聚合物、表面活性劑、或是家用洗潔精中的一種或幾種的組合，并在納米薄膜生長(zhǎng)后仍能溶于所需的溶液即可。
3.如權(quán)利要求1所述的三維自支撐微納米功能結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，步驟S3 中納米薄膜的材料是半導(dǎo)體、金屬或絕緣介質(zhì)中的一種或幾種的組合；所述納米薄膜的面積尺寸略大于孔洞結(jié)構(gòu)的尺寸，略大于孔洞結(jié)構(gòu)的尺寸是用于將納米薄膜搭接在具有孔洞結(jié)構(gòu)的支撐襯底上；所制備的納米薄膜是單層，或是多層。
4.如權(quán)利要求1所述的三維自支撐微納米功能結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，步驟S5 中支撐襯底是利用微納加工的方法，將支撐襯底表面圖形化，然后利用圖形轉(zhuǎn)移方法形成所需要的支撐襯底；或支撐襯底是市場(chǎng)能夠購(gòu)買到網(wǎng)柵結(jié)構(gòu)。
5.如權(quán)利要求1所述的三維自支撐微納米功能結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，步驟S7 中局部支撐結(jié)構(gòu)的制備是在支撐的納米薄膜上進(jìn)行、或者在納米薄膜還未剝離光滑襯底之前進(jìn)行，即在納米薄膜生長(zhǎng)后就進(jìn)行納米薄膜上表面的局部支撐結(jié)構(gòu)的制備；局部支撐結(jié)構(gòu)是能形成固體微納米結(jié)構(gòu)的金屬、半導(dǎo)體、或介質(zhì)材料的一種或幾種的組合；局部支撐結(jié)構(gòu)的制備方法是采用微納加工的手段，所述微納加工的手段包括是光學(xué)曝光或者電子束曝光來(lái)形成所需的光刻膠圖形，然后利用金屬沉積，溶脫去掉多余的金屬和殘膠后即形成所需的局部支撐結(jié)構(gòu)；或是整體沉積一層局部支撐材料層，然后利用曝光工藝制備出光刻膠的圖形，以光刻膠的圖形為掩模來(lái)對(duì)樣品進(jìn)行刻蝕，去掉殘余的光刻膠后即得到所需的納米薄膜表面的局部支撐結(jié)構(gòu)；或是利用電子束或離子束輔助沉積的方法來(lái)直接沉積得到納米薄膜表面的局部支撐結(jié)構(gòu)。
6.如權(quán)利要求1所述的三維自支撐微納米功能結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，步驟S8 中所述圖形發(fā)生彎曲形變所使用的離子束種類是聚焦離子束，或是寬束離子束；離子束中尚子的能量大于500電子伏特。
7.如權(quán)利要求6所述的三維自支撐微納米功能結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，所采用離子束的輻照方式包括對(duì)孔洞支撐襯底及其上所有的微納米圖形結(jié)構(gòu)的整體進(jìn)行輻照，或?qū)δ承﹨^(qū)域進(jìn)行選擇性局部輻照；采用不同的離子束輻照參數(shù)，控制納米薄膜上微納米圖形彎曲程度，并使彎曲的圖形與納米薄膜平面的夾角范圍控制在O到180°之間。
8.如權(quán)利要求7所述的三維自支撐微納米功能結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，所述離子束輻照參數(shù)包括離子束的能量、劑量、束流、離子束的掃描速度、掃描方式、離子束輻照次數(shù)以及離子束入射角，所述離子束入射角是入射離子束與微納米結(jié)構(gòu)圖形所在平面的夾角。
全文摘要
本發(fā)明是基于薄膜材料的三維自支撐微納米功能結(jié)構(gòu)的制備方法，其包括步驟在清洗過(guò)的光滑襯底上過(guò)渡層的制備；制備納米薄膜并從光滑襯底上剝離納米薄膜；制備具有孔洞結(jié)構(gòu)的支撐襯底；將納米薄膜到孔洞結(jié)構(gòu)支撐襯底上的轉(zhuǎn)移；在納米薄膜上制備微納圖形；離子束輻照誘導(dǎo)納米薄膜上微納圖形產(chǎn)生形變及形成三維自支撐微納米結(jié)構(gòu)的成品。本發(fā)明是基于納米薄膜上微納米結(jié)構(gòu)的制備與離子束輻照誘導(dǎo)的三維形變相結(jié)合，制備自支撐三維微納米功能結(jié)構(gòu)體的新方法，具有工藝靈活、效率高、可控性好，低成本和可大面積制備等特點(diǎn)，所制備的微納圖形的結(jié)構(gòu)、形貌、尺寸、周期可設(shè)計(jì)、材料種類多并具有新奇功能與物性等特點(diǎn)。
文檔編號(hào)B81C1/00GK103043600SQ201210540870
公開日2013年4月17日 申請(qǐng)日期2012年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月13日
發(fā)明者李無(wú)瑕, 崔阿娟, 劉哲, 顧長(zhǎng)志 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院物理研究所