CN102560384B

CN102560384B - 在基底表面上沉积纳米点阵的方法

Info

Publication number: CN102560384B
Application number: CN2012100428867A
Authority: CN
Inventors: 马平; 孙平; 陈松林; 蒲云体; 朱基亮
Original assignee: CHENGDU FINE OPTICAL ENGINEERING RESEARCH CENTER; Sichuan University
Current assignee: CHENGDU FINE OPTICAL ENGINEERING RESEARCH CENTER; Sichuan University
Priority date: 2012-02-23
Filing date: 2012-02-23
Publication date: 2013-12-11
Anticipated expiration: 2032-02-23
Also published as: CN102560384A

Abstract

本发明涉及一种在基底表面上沉积纳米点阵的方法，属于纳米材料制备领域。该方法是将清洗好的基片放入溅射仪中，再将溅射靶材安装于溅射仪中；抽真空，控制溅射气压、溅射电流、溅射功率、以及控制溅射时间，即可在所述基片上沉积所需纳米点阵。本发明方法是根据薄膜的岛状生长模式，利用溅射仪在基片的表面上沉积纳米点阵；无需掩膜板、其制备工艺简单、制备快捷、可控性高；沉积的纳米点阵质量高；适用于纳米电子和纳米光电子领域；具有较大的应用价值。

Description

在基底表面上沉积纳米点阵的方法

技术领域

本发明涉及一种采用溅射仪在基底表面上沉积纳米点阵的方法，属于纳米材料的制备领域。

背景技术

纳米材料由于具有独特物理、化学性能，被人们广泛关注。但目前在基底表面制备纳米点阵的方法有：电化学法、分子束外延法、真空蒸镀法，水热法等。这些方法都需要事先在基底的表面上做一层具有纳米空隙的掩膜板，现在采用的掩膜板是氧化铝模板或有机物模板，这些掩膜板的制备过程复杂，制备工艺要求高，所制备的掩膜板的质量对沉积的纳米点阵有很大的影响，并且在沉积完成后还要将掩膜板去除掉，对去除掩膜板工艺的控制也会严重影响纳米点阵的质量。另外，用电化学法制备纳米点阵其基底必须是导体，或者在绝缘的基底上要事先镀一层导电的膜，这就在很大程度上限制了电化学法的应用前景。

发明内容

本发明的目的就是提供一种无需事先制作掩膜板、其制备工艺简单、且制备快捷、可控性高的在基底表面上沉积高质量纳米点阵的方法；该方法是利用溅射仪，根据薄膜的岛状生长模式，使其达到在基底表面形成纳米点阵，但又不会形成连续的薄膜的条件来调节溅射气压、溅射电流、溅射功率和溅射时间，从而达到沉积纳米点阵目的。

本发明的基本原理是：利用溅射仪根据薄膜的岛状生长模式：成核→晶核长大并逐渐形成较大的岛→岛与岛之间聚接形成含有空沟道的网络→沟道被填充。在薄膜形成初期，一些到达衬底的原子或分子开始沉积下来凝聚成微粒，由于热涨落的作用，这些颗粒就可以在衬底表面上运动而合并在一起，形成核。如果核的半径大小小于临界核的半径，就可能会消失；当核的半径大于或等于临界核的半径时，就可以持续存在并长大。当衬底表面的颗粒达到一定数量后，就会呈现饱和状态，继续形成的核就会相互合并，最终形成有沟道的网状。本发明沉积纳米点阵的方法，就是利用薄膜在衬底表面形成岛，但又还未连续成网状的过程，从而达到在基底表面上沉积纳米点阵的目的。

为实现本发明的目的，本发明是采用以下措施构成的技术方案来实现的：

本发明在基底表面上沉积纳米点阵的方法，其特征在于包括以下工艺步骤：

（1）基片的清洗

按甲苯、丙酮、酒精、去离子的水顺序，分别将基片超声振荡清洗干净，再将清洗干净的基片放入溅射仪中；

（2）安装溅射靶材

将需要溅射的靶材安装于溅射仪中，安装好后开始抽真空，当真空度达到2～3×10^-4Pa时，通入气氛；

（3）调节好溅射参数，沉积纳米点阵；

采用溅射仪，将溅射气压调节为0.2Pa，或4～6Pa，溅射功率调节为10-20W，溅射电流调节为3～6mA；将溅射时间控制在2-5秒；然后进行溅射，实现在基片表面上沉积纳米颗粒，即纳米点阵。

上述技术方案中，所述的基片是导电的材料、或是绝缘的材料。

上述技术方案中，所述的溅射靶材是金属，或者是金属氧化物。

上述技术方案中，所述溅射靶材是金属时，选自金属中的Au、或Ag、或Cu、或Al其中之一。

上述技术方案中，所述溅射靶材是金属氧化物时，选自金属氧化物中的Al₂O₃、或ZnO、或TiO₂、或CuO其中之一。

上述技术方案中，所述溅射仪采用直流溅射仪、或射频溅射仪、或磁控溅射仪、或离子束溅射仪进行溅射，以实现纳米点阵的沉积。

上述技术方案中，所述通入气氛为氩气。

本发明与现有技术相比具有以下特点及有益技术效果：

1、本发明沉积纳米点阵的方法，无需事先制备掩膜板、其制备工艺简单、沉积快捷、且可控性高。

2、本发明沉积纳米点阵的方法，对所用基底没有特殊要求，导体和绝缘体材料均可在基底表面进行沉积，且沉积的纳米点阵质量高。

3、本发明沉积纳米点阵的方法，其点阵的原料是固体靶材，因此可以沉积导体和绝缘体的点阵，具有较大的应用价值，其应用领域较广；适用于纳米电子和纳米光电子领域。

附图说明

图1是按本发明沉积纳米点阵的方法，利用离子束溅射沉积在玻璃基片表面上的金纳米点阵的AFM图；

图2是按本发明沉积纳米点阵的方法，利用射频溅射沉积在玻璃基片表面上的金纳米点阵的AFM图。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明作进一步的详细说明，但并不意味着是对本发明保护内容的任何限定。

实施例一

本实施例中所用溅射仪为北京中科科仪技术发展有限责任公司的SBC-12型小型离子束溅射仪；所用基底为玻璃基片；所用溅射靶材为金靶。

按甲苯、丙酮、酒精、去离子水的顺序，分别将玻璃基片超声振荡清洗干净，将清洗干净的玻璃基片放入小型离子溅射仪中，再将金靶放入离子溅射仪中安装好，用机械泵抽真空；当真空度达到2Pa时，通入氩气，调节气压，使离子溅射仪内的气压为4Pa，溅射电流为3mA；然后开始溅射，溅射时间为5s，即实现在玻璃基片上沉积高质量的金纳米点阵。所沉积的金纳米点阵其表面形貌如图1所示，从图1可知，金纳米点阵的直径为50～100nm、高度为15～80nm。

实施例二

本实施例中所用溅射仪、基底和靶材与实施例1相同。

按甲苯、丙酮、酒精、去离子水的顺序，分别将玻璃基片超声振荡清洗干净，将清洗干净的玻璃基片放入小型离子溅射仪中，再将金靶放入离子溅射仪中安装好，用机械泵抽真空；当真空度达到2Pa时，通入氩气，调节气压，使离子溅射仪内的气压为6Pa，溅射电流为6mA；然后开始溅射，溅射时间为2s，即实现在玻璃基片上沉积高质量的金纳米点阵，其直径为50～100nm、高度为15～80nm。

实施例三

本实施例中所用的射频磁控溅射仪是中国科学院沈阳科学仪器研制中心有限公司的JGP560C10型超高真空多功能射频溅射仪；所用基底与实施例1相同；所用溅射靶材为铜靶。

按甲苯、丙酮、酒精、去离子水的顺序，分别将玻璃基片超声振荡清洗干净，将清洗干净的玻璃基片放入超高真空多功能射频溅射仪中，再将铜靶放入超高真空多功能射频溅射仪中安装好；抽真空，当真空室真空度达到3×10^-4Pa时，通入氩气，使真空室内的气压为0.2Pa，并将超高真空多功能射频溅射仪功率调到20W起辉溅射，控制溅射时间为3s进行沉积。沉积的高质量的铜纳米点阵表面形貌如图2所示，从图2可知，所沉积的铜纳米点阵的直径为10～30nm、高度为10～40nm。

本发明在基底表面上沉积纳米点阵的方法，按照以上实施例中的制备工艺步骤、工艺条件，在所限定的溅射参数范围；同样能够实现在本发明所述的基底为其他导电材料，或绝缘材料的不同基片表面上；沉积所述金属靶材Ag，或Al；或金属氧化物靶材Al₂O₃，或ZnO，或TiO₂，或CuO的高质量纳米点阵。

Claims

1.一种利用溅射仪在基底表面上沉积纳米点阵的方法，其特征在于包括以下工艺步骤：

（1）基片的清洗

按甲苯、丙酮、酒精、去离子水的顺序，分别将基片超声振荡清洗干净，再将清洗干净的基片放入溅射仪中；

（2）安装溅射靶材

（3）调节好溅射参数，沉积纳米点阵；

2.根据权利要求1所述的沉积纳米点阵的方法，其特征在于所述的基片是导电的材料、或是绝缘的材料。

3.根据权利要求1所述的沉积纳米点阵的方法，其特征在于所述的溅射靶材是金属，或者是金属氧化物。

4.根据权利要求1或3所述的沉积纳米点阵的方法，其特征在于所述溅射靶材是金属时，选自金属中的Au、或Ag、或Cu、或Al其中之一。

5.根据权利要求1或3所述的沉积纳米点阵的方法，其特征在于所述溅射靶材是金属氧化物时，选自金属氧化物中的Al₂O₃、或ZnO、或TiO₂、或CuO其中之一。

6.根据权利要求1所述的沉积纳米点阵的方法，其特征在于所述溅射仪采用直流溅射仪、或射频溅射仪、或磁控溅射仪、或离子束溅射仪进行溅射，以实现纳米点阵的沉积。

7.根据权利要求1所述的沉积纳米点阵的方法，其特征在于所述通入气氛为氩气。