CN101625973A

CN101625973A - 一种在硅片上制备纳米棒阵列的方法

Info

Publication number: CN101625973A
Application number: CN200810053809A
Authority: CN
Inventors: 张艳富; 俞晓正; 范洪涛; 许博
Original assignee: China National Academy Nanotechnology & Engineering
Current assignee: China National Academy Nanotechnology & Engineering
Priority date: 2008-07-10
Filing date: 2008-07-10
Publication date: 2010-01-13

Abstract

一种在硅片上制备纳米棒阵列的方法，包括以下步骤：将清洗处理后的洁净的硅片放入反应离子刻蚀机进行刻蚀氧化，使硅片表面生成二氧化硅层；将刻蚀氧化后的硅片放入磁控溅射设备进行银颗粒溅射沉积，使硅片表面形成掩膜；待温度降至40℃以下后将硅片取出，再次将硅片放入反应离子刻蚀机进行刻蚀，即可制得纳米棒阵列。本发明的优点是：该方法具有工艺简单、速度快、成本低、易于大面积制备等明显优势；制备的纳米棒阵列形貌均匀，其长度约为200nm，平均直径为20nm～80nm且可控，在存储器、分子实验、新型LED研发、敏感器件研发、显示器件研发、纳米压印模板制作等领域都有良好的应用前景。

Description

一种在硅片上制备纳米棒阵列的方法

(一)技术领域

本发明涉及纳米棒阵列制备技术，特别是一种在硅片上制备纳米棒阵列的方法。

(二)背景技术

纳米棒阵列在存储器、敏感器件和显示器件的研发以及纳米压印模板制作等方面都有十分重要的作用。目前制备纳米棒阵列的方法主要有两种：一种是电子束直写方法，电子束直写技术的优点是具有极高的分辨率，其直写式曝光系统甚至可达到几纳米的加工能力，缺点是该方法成本昂贵、制备难度大，所生成结构面积微小，而且速度很慢，目前尚无法实现量产；另一种方法是利用电化学反应先将铝片制成纳米孔状结构，再以此为框架在孔洞里进行分子自组装，最后用适当的溶液洗去铝框得到纳米棒状阵，该方法的缺点是工艺复杂、不易控制结构尺寸、反应时间较长且成本较高。

(三)发明内容

本发明的目的是针对上述存在问题，提供一种工艺简单、效率高、速度快、成本低、易于生产的在硅片上制备纳米棒阵列的方法。

本发明的技术方案：

一种在硅片上制备纳米棒阵列的方法，其特征在于包括以下步骤：1)将清洗处理后的洁净的硅片放入反应离子刻蚀机进行刻蚀氧化，使硅片表面生成二氧化硅层；

2)将刻蚀氧化后的硅片放入磁控溅射设备进行银颗粒溅射沉积，使硅片表面形成掩膜；

3)待温度降至40℃以下后将硅片取出，再次将硅片放入反应离子刻蚀机进行刻蚀，即可制得纳米棒阵列。

所述硅片的清洗处理方法是首先将硅片放入丙酮溶液中进行超声清洗5min，再放入氯仿中超声清洗5min，最后放入异丙醇溶液中超声清洗5min，然后将清洗过的硅片，用高纯氮气将表面吹干，整个过程在洁净环境内进行。

所述硅片在反应离子刻蚀机进行氧化的工艺条件为：真空度6.5×10^-1Pa、反应气体为氧气，流量为50sccm、功率为50W，刻蚀时间为2min。

所述硅片在磁控溅射设备进行银颗粒溅射沉积的工艺条件为：靶材为金属银，纯度99.99％、真空抽至5×10^-3Pa以下、温度300℃、充入氩气，流量为10sccm、溅射功率不大于20W、反应时间不大于150s。

所述将表面形成掩膜的硅片再次放入反应离子刻蚀机进行刻蚀的工艺条件为：真空度为6.5×10^-4Pa、反应气体为四氟化碳，气体流量为10sccm、功率为100W、刻蚀时间为5～15min。

本发明的制备原理：干法反应离子刻蚀过程同时兼有物理和化学两种作用，辉光放电在低真空下进行，硅片处于阴极电位，放电时的电位大部分降落在阴极附近，大量带电粒子受垂直于硅片表面的电场加速；垂直入射到硅片表面上，以较大的动量进行物理刻蚀，同时它们还与薄膜表面发生强烈的化学反应，产生化学刻蚀作用。磁控溅射技术是电子在电场和磁场的作用下与氩原子发生碰撞，电离出大量的氩离子和电子，氩离子在电场的作用下加速轰击靶材，溅射出大量的靶材原子或分子，沉积在基片上成膜。本发明中，先将硅片放入反应离子刻蚀机进行氧化，氧化的目的是使其表面状态更加均一，同时氧气刻蚀也会除去一些杂质使表面更加洁净；再将处理完的硅片放入磁控溅射设备进行银颗粒沉积，即可在硅片表面形成掩膜结构，结构颗粒分布均匀且呈扁球状，颗粒大小由反应时间决定，反应时间越长颗粒越大，但时间过长如超过150s时，颗粒形状则会变成不规则的岛状结构；然后再次对硅片进行离子刻蚀，刻蚀时间由颗粒大小决定，颗粒越大刻蚀的时间越长，刻蚀后即可获得形貌均匀的纳米棒阵列。

本发明的优点是：该方法具有工艺简单、速度快、成本低、易于大面积制备等明显优势；制备的纳米棒阵列形貌均匀，其长度约为200nm，平均直径为20nm～80nm且可控，在存储器、分子实验、新型LED研发、敏感器件研发、显示器件研发、纳米压印模板制作等领域都有良好的应用前景。

(四)具体实施方式

实施例1：

首先将硅片放入丙酮溶液中进行超声清洗5min，再放入氯仿中超声清洗5min，最后放入异丙醇溶液中超声清洗5min，然后将清洗过的硅片，用高纯氮气将表面吹干，整个过程在洁净环境内进行；将清洗处理后的硅片放入反应离子刻蚀机进行氧化，设备型号为牛津的80PLUS反应离子刻蚀机，真空度为6.5×10^-4Pa、反应气体为氧气，流量为50sccm、功率为50W、时间为2min；将刻蚀氧化后的硅片放入磁控溅射设备，溅射靶材为金属银，纯度99.99％、真空度抽至4.5×10^-3Pa、温度300℃、充入氩气，流量为10sccm、溅射功率14W，溅射时间为70s；待硅片温度降至35℃时放气将样品取出，再次放入反应离子刻蚀机，真空度为6.5×10^-1Pa、反应气体为四氟化碳，流量为10sccm、功率为100W、刻蚀时间为10min，即可制得纳米棒阵列。经SEM测试显示，该实施例制得的纳米棒阵列形貌均匀，其长度约为180nm，平均直径为40nm。

实施例2：

硅片的清洗处理方法和制备过程的工艺条件基本与实施例1相同，只是刻蚀时间由10min变为15min，制得纳米棒阵列。经SEM测试显示，该实施例制得的纳米棒阵列形貌均匀，其长度约为200nm，平均直径为20nm。

实施例3：

硅片的清洗处理方法和制备过程的工艺条件基本与实施例1相同，只是硅片在磁控溅射设备进行溅射的时间由70s变为140s、刻蚀时间由10min变为15min，制得纳米棒阵列。经SEM测试显示，该实施例制得的纳米棒阵列形貌均匀，其长度约为200nm，平均直径为80nm。

Claims

1.一种在硅片上制备纳米棒阵列的方法，其特征在于包括以下步骤：1)将清洗处理后的洁净的硅片放入反应离子刻蚀机进行刻蚀氧化，使硅片表面生成二氧化硅层；

2.根据权利要求1所述的在硅片上制备纳米棒阵列的方法，其特征在于：所述硅片的清洗处理方法是首先将硅片放入丙酮溶液中进行超声清洗5min，再放入氯仿中超声清洗5min，最后放入异丙醇溶液中超声清洗5min，然后将清洗过的硅片，用高纯氮气将表面吹干，整个过程在洁净环境内进行。

3.根据权利要求1所述的在硅片上制备纳米棒阵列的方法，其特征在于：所述硅片在反应离子刻蚀机进行氧化的工艺条件为：真空度6.5×10^-4Pa、反应气体为氧气，流量为50sccm、功率为50W，刻蚀时间为2min。

4.根据权利要求1所述的在硅片上制备纳米棒阵列的方法，其特征在于：所述硅片在磁控溅射设备进行银颗粒溅射沉积的工艺条件为：靶材为金属银，纯度99.99％、真空抽至5×10^-3Pa以下、温度300℃、充入氩气，流量为10sccm、溅射功率不大于20W、反应时间不大于150s。

5.根据权利要求1所述的在硅片上制备纳米棒阵列的方法，其特征在于：所述将表面形成掩膜的硅片再次放入反应离子刻蚀机进行刻蚀的工艺条件为：真空度为6.5×10^-4Pa、反应气体为四氟化碳，气体流量为10sccm、功率为100W、刻蚀时间为5～15min。