一种纳米结构及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于纳米技术领域，尤其涉及一种纳米结构及其制备方法。
【背景技术】
[0002]大面积的纳米结构，因具有大表体比、大粗糙度、大表面积、尖端、多孔隙/缝隙等结构特点，而呈现出超亲/疏水、表面等离子体振荡增强、场发射、滤光、吸光等特性，因而常常适用于自清洁表面、微流控器件、表面增强拉曼散射器件、表面等离子体红外吸收器件、生物医学检测或功能器件、光电子器件、光学传感器件、太阳能电池等新能源器件，以及一些其他应用。近年来，大面积的纳米结构成为研究的热点。
[0003]目前，纳米结构的制备主要采用电子束光刻(Electron-Beam Lithography)、聚焦离子束(Focused 1n Beam, FIB)刻蚀、飞秒激光辅助刻蚀等方法，这些方法依赖于尖端的设备且多采用串行加工的模式，生产成本高，难以实现大规模的商业化生产。此外，还有自催化VLS化学合成生长技术、电化学湿法腐蚀技术和纳米小球蚀刻等技术来制备纳米结构，这些技术在工艺复杂性或工艺可控性或多或少都存在问题，难以实现大规模的商业化生产。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种纳米结构的制备方法，工艺简单且可控性强，适用于大规模的商业化生产。
[0005]为实现上述目的，本发明的技术方案为:
[0006]—种纳米结构的制备方法，包括:
[0007]提供衬底；
[0008]在所述衬底上形成聚合物层；
[0009]采用等离子体轰击聚合物层，以形成柱状纳米结构；
[0010]以柱状纳米结构为掩蔽，对衬底进行各向异性刻蚀，以形成锥状纳米结构；
[0011]去除柱状纳米结构。
[0012]可选的，在去除柱状纳米结构之后，还包括:
[0013]覆盖金属层，以形成SERS基底。
[0014]可选的，所述锥状纳米结构的底部直径为150-450nm，尖端直径的范围为5_25nm。
[0015]可选的，所述聚合物层包括:正性光刻胶、负性光刻胶、聚酰亚胺、聚二甲基硅氧烷或聚对二甲苯。
[0016]可选的，所述等离子体包括氩等离子体、氧等离子体或氮等离子体。
[0017]可选的，所述聚合物层的厚度为0.2-5um，等离子体气源的流量为50_400sccm，腔体压力位0.2Pa，射频功率为150-350W，处理时间为10_180min。
[0018]此外，本发明还提供了一种纳米结构，包括:
[0019]衬底；
[0020]衬底上的锥状纳米结构。
[0021]可选的，所述锥状纳米结构的底部直径为150-450nm，尖端直径的范围为5_25nm。
[0022]可选的，所述锥状纳米结构为锥状纳米森林结构。
[0023]可选的，还包括:覆盖锥状纳米结构的金属层。
[0024]本发明实施例提供的纳米结构及其制备方法，采用等离子体技术，对聚合物层进行轰击，在轰击过程中，轰击聚合物产生的部分产物会再次聚合，形成柱状纳米结构，而后，进一步进行衬底的各向异性刻蚀，从而形成锥状纳米结构，该锥状纳米结构具有极大的表面积和表体比，并具有极大的粗糙度、光学吸收特性以及等离子体振荡增强效应，可以得到广泛的应用，同时，该方法工艺简单且可控性强，可以批量、并行加工纳米结构，适用于大规模的商业化生产。
【附图说明】
[0025]为了更清楚地说明本发明实施的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0026]图1示出了根据本发明实施例的纳米结构的制备方法的流程图；
[0027]图2-7示出了根据本发明一实施例的制备方法形成纳米结构的过程中纳米结构的截面结构示意图；
[0028]图8-10示出了根据本发明另一实施例的制备方法形成纳米结构的过程中纳米结构的截面结构示意图；
[0029]图11-13为采用本发明实施例制备方法形成纳米结构的过程中的扫描电镜照片；
[0030]图14为采用本发明实施例在纳米结构上形成SERS基底的过程中的扫描电镜照片。
【具体实施方式】
[0031]为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的【具体实施方式】做详细的说明。
[0032]在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
[0033]其次，本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
[0034]本发明提供了一种纳米结构的制备方法，参考图1所示，包括:提供衬底；在所述衬底上形成聚合物层；采用等离子体轰击聚合物层，以形成柱状纳米结构；以柱状纳米结构为掩蔽，对衬底进行各向异性刻蚀，以形成锥状纳米结构；去除柱状纳米结构。
[0035]在本发明的制备方法中，采用等离子体技术，对聚合物层进行轰击，在轰击过程中，轰击聚合物产生的产物会再次聚合，形成柱状纳米结构，而后，进一步进行衬底的各向异性刻蚀，从而形成锥状纳米结构，该锥状纳米结构具有极大的表面积和表体比，并具有极大的粗糙度、光学吸收特性以及等离子体振荡增强效应，可以得到广泛的应用，同时，该方法工艺简单且可控性强，通过常规的半导体加工中的等离子体和刻蚀设备，即可以批量、并行加工纳米结构，适用于大规模的商业化生产。
[0036]为了更好的理解本发明的技术方案和技术效果，以下将结合具体的实施例进行详细的描述。
[0037]首先，在步骤SOl，提供衬底101，如图2所示。
[0038]在本发明的实施例中，该衬底101用于形成纳米结构，以及为后续工艺提供支撑，该衬底可以是微加工工艺中的任一合适的衬底，可以为半导体衬底，例如可以为单晶硅、多晶硅或非晶硅衬底的体衬底，还可以为复合衬底，如复合有硅层的玻璃衬底或者复合有氧化硅的硅衬底等。在本实施例中，所述衬底101为单晶硅衬底。
[0039]接着，在步骤S02，在所述衬底101上形成聚合物层201，参考图3和图8所示。
[0040]在本发明实施例中，所述聚合物层201的材料可以为正性光刻胶、负性光刻胶、聚酰亚胺、聚二甲基硅氧烷(PDMS)或聚对二甲苯(Parylene)等，还可以为其他可以通过等离子体轰击刻蚀的聚合物材料，聚合物层的厚度可以为0.2um-5um。
[0041]在一个具体的实施例中，如图3所示，可以在衬底101上旋涂一层聚合物材料，来形成聚合物层201，在一个具体的实施例中，所述聚合物层201的材料可以为聚酰亚胺，通过旋涂工艺覆盖该聚合物层201，在旋涂时，转速可以为2500rpm，旋涂时间可以为40s，在旋涂后进行烘烤工艺，可以将上述形成有聚合物层201的衬底101放置于热板上进行烘烤，烘烤的温度为100°C，烘烤的时间为lOmin，得到厚度为0.9um的聚合物层。
[0042]在另一些实施例中，在覆盖聚合物层201之后，可以进一步进行图案化，仅在所需要的区域的衬底上形成聚合物层201，如图8所示。具体的实施例中，首先，可以采用上述实施例中的方法，先在衬底101上覆盖聚合物层201，如图3所示，而后，对聚合物层201进行图案化，仅在部分区域的衬底上形成聚合物层201，如图8所示，可以先覆盖掩膜层(图未示出)，而后，在掩膜层的掩盖下，对聚合物层201进行刻蚀，并去除掩膜层，从而形成图案化的聚合物层201。
[0043]在其他一些实施例中，对于正性光刻胶、负性光刻胶或其它光敏的聚合物材料，可以直接采用光刻、显影的方法来形成图案化的聚合物层201。
[0044]而后，在步骤S03，采用等离子体轰击聚合物层201，以形成柱状纳米结构301，参考图4或图9所示。
[0045]在本发明实施例中，可以采用半导体工艺中的等离子体清洗设备进行该等离子体轰击的工艺，等离子体可以为氩等离子体、氧等离子体或氮等