CN102646764A - 纳米级图案化蓝宝石衬底的全湿化学制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种纳米级图案化蓝宝石衬底的全湿化学制备方法，该方法包括在蓝宝石衬底上沉积单层胶体晶体薄膜；热处理后，在纳米微球的间隙填充入正硅酸乙酯的溶胶，干燥后在蓝宝石衬底的部分表面形成填充层；移除胶体晶体薄膜；利用该填充层作为一腐蚀掩模并湿法腐蚀该蓝宝石衬底，将纳米球排布所具有的周期性图案转移到衬底上；移除该腐蚀掩模，得到带有纳米级图案的蓝宝石衬底。本发明的优点在于，整个过程不借助任何半导体工艺设备，在普通化学实验室即可全部完成。这种具有纳米级图案化的蓝宝石衬底能够有效地降低芯片中的位错密度，提高外延材料晶体质量，并且增加了光从蓝宝石衬底出射的几率，从而提升LED的光提取效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种纳米级图案化蓝宝石衬底的制备方法，特别涉及一种适用于发光二极管(LED)外延的纳米级图案化蓝宝石衬底的全湿化学制备方法。
背景技术
氮化镓(GaN)基的发光二极管(LED)作为一种新型高效的固体能源，将成为人类照明史上继白炽灯、荧光灯之后的第三代照明工具。蓝宝石衬底由于具有耐高温、机械强度高等优点成为目前外延GaN使用最广泛的材料。然而，蓝宝石衬底和GaN材料之间存在的巨大晶格失配和热膨胀系数失配问题导致GaN材料内部产生大量缺陷，降低内量子效率。另一方面，由于GaN折射率高于蓝宝石以及外部封装树脂，造成部分光全反射，降低外量子效率。与普通的蓝宝石衬底相比，经生长或刻蚀的方式制作出的具有规则纳米级图案的蓝宝石衬底可以减少外延生长GaN的位错密度，改善晶体质量，提升LED内量子效率，同时图案化的蓝宝石衬底破坏了全反射角，增加了光提取效率。传统的图案化蓝宝石衬底技术，制备掩膜层时需要借助黄光光刻工艺和类似等离子体化学气相沉积(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)等半导体工艺设备，存在成本高且产率低等问题；如果要形成纳米级周期性结构，所采用的次微米掩膜昂贵，500nm以下的图形制作成本更高。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种在不借助任何半导体工艺设备的条件下纳米级图案化蓝宝石衬底的全湿化学制备方法，该制备方法在提高外延材料晶体质量、提升LED光提取效率的同时，降低工艺成本、提高生产效率，有利于实现规模化和大面积制作。
为实现上述目的，本发明纳米级图案化蓝宝石衬底的全湿化学制备方法，包括下述步骤：
(1)在蓝宝石衬底上沉积单层纳米微球胶体晶体薄膜，然后90-105℃下进行热处理，热处理时间为1-25min；
(2)在组成单层纳米微球胶体晶体薄膜纳米球间隙填充入正硅酸乙酯的溶胶，干燥后在蓝宝石衬底与组成单层纳米微球胶体晶体薄膜的纳米微球间隙形成填充层；
(3)移除单层纳米微球胶体晶体薄膜；
(4)利用该填充层作为掩模湿法腐蚀该蓝宝石衬底，将纳米球的排列图案转移到蓝宝石衬底上；
(5)移除腐蚀掩模，得到带有纳米级图案的蓝宝石衬底。
本发明的纳米级图案化蓝宝石衬底的全湿化学制备方法中，所述在蓝宝石衬底上沉积纳米微球单层胶体晶体薄膜的具体方法包括：
(a)将胶体纳米微球乳液与等体积的乙醇混合，混匀，得到混合液；
(b)将玻璃片进行亲水处理后，置于干燥的容器底部中心，加水使水面恰好到达所述玻璃的上表面且未没过上表面，将所述混合液的液滴滴在亲水性处理后的所述玻璃片上，待所述液滴中的胶体微球完全扩散至水气界面；
(c)在所述容器中加入表面活性剂水溶液，得到漂浮在水面上的单层胶体晶体薄膜；
(d)将蓝宝石衬底缓慢插入并移到漂浮的单层下方，慢慢提起，单层胶体晶体即可作为整体转移到蓝宝石衬底上。
本发明的纳米级图案化蓝宝石衬底的全湿化学制备方法中，所述的热处理过程在90-105℃下进行，时间为1-25min。
本发明的纳米级图案化蓝宝石衬底的全湿化学制备方法中，所述组成胶体晶体薄膜的纳米微球材质为聚苯乙烯、聚甲基丙酸甲酯或聚丙烯酸甲酯，组成胶体晶体薄膜的纳米微球粒径范围为100nm-2800nm，粒径的标准偏差小于3％。
本发明的纳米级图案化蓝宝石衬底的全湿化学制备方法中，所述二氧化硅前驱体溶胶-凝胶的配制方法包括：正硅酸乙酯，乙醇和稀盐酸按照体积比(1-5)∶10∶1混合后，15-35℃下搅拌12-24h，其中所述乙醇浓度为95-99.7％，优选为99.7％，，所述稀盐酸浓度为0.1mol/L。
本发明的纳米级图案化蓝宝石衬底的全湿化学制备方法中，所述的纳米级图案化蓝宝石衬底的全湿化学制备方法，其中填充正硅酸乙酯的溶胶过程包括：将所述蓝宝石衬底浸入到正硅酸乙酯的溶胶中，取出后在其上表面立即覆盖一个面积大于所述蓝宝石衬底的玻璃板，并在所述玻璃板上方加上1.5-5kg的重物。纳米微球的间隙填充入正硅酸乙酯的溶胶干燥后在蓝宝石衬底的部分表面形成填充层。
本发明的纳米级图案化蓝宝石衬底的全湿化学制备方法中，所述移除胶体晶体薄膜的方法有：450-550℃下热处理30-60min或者30-50℃甲苯溶液中超声30-60min。
本发明的纳米级图案化蓝宝石衬底的全湿化学制备方法中，所述湿法腐蚀蓝宝石衬底的过程包括：将干燥后带有腐蚀掩模的蓝宝石衬底放入腐蚀液中，在220-400℃腐蚀2-20min，取出衬底，用去离子水冲洗干净，得到具有周期性排列的纳米级倒角锥结构的衬底，周期为100-2800nm。所述腐蚀液为浓硫酸与浓磷酸以体积比为10∶1-1∶10配制而成，其中浓硫酸质量浓度为为95-98％，优选为98％，浓磷酸质量浓度为83-85％，优选为85％。
本发明的纳米级图案化蓝宝石衬底的全湿化学制备方法中，所述移除该腐蚀掩模的过程包括：将湿法腐蚀后的衬底放入氢氟酸溶液中，直至二氧化硅掩模层被完全腐蚀，取出衬底，再用去离子水冲洗干净，即可得到带有纳米级图案化的蓝宝石衬底，所述的氢氟酸溶液质量浓度为5％-35％。
上述方法制备的蓝宝石衬底可进行氮化物的外延生长以及后续的LED器件制备工艺。与现有技术相比，本发明的优点在于，从制备周期性模板、填充腐蚀掩模层、湿法腐蚀蓝宝石衬底到除去腐蚀掩模层，将纳米球的周期性排列图案转移到蓝宝石衬底上，得到具有周期性结构的纳米级图案化蓝宝石衬底，整个过程不借助任何半导体工艺(如等离子体化学气相沉积、光刻、等离子体刻蚀等)设备，在普通化学实验室即可全部完成。这种具有纳米级图案化的蓝宝石衬底能够有效地降低芯片中的位错密度，提高外延材料晶体质量，并且增加了光从蓝宝石衬底出射的几率，从而提升LED的光提取效率。
附图说明
图1为本发明提供的沉积于蓝宝石衬底表面的单层胶体晶体薄膜热处理后的示意图，图1中1是蓝宝石衬底，2是纳米微球。
图2为本发明提供的填充入正硅酸乙酯溶胶干燥后形成的二氧化硅填充层的示意图，图2中，1是蓝宝石衬底，2是纳米微球，3是二氧化硅填充层。
图3为本发明提供的移除胶体晶体薄膜后，蓝宝石衬底表面的二氧化硅掩膜层的示意图。图3中1是蓝宝石衬底，3是二氧化硅填充层。
图4为本发明提供的带有二氧化硅掩膜的蓝宝石衬底湿法腐蚀后的示意图。图4中，1是蓝宝石衬底，3是二氧化硅填充层。
图5为本发明提供的除去二氧化硅掩膜后，得到带有周期性结构的纳米级图案化蓝宝石衬底的示意图。图5中，1是蓝宝石衬底。
图6为本发明一个实施例中，沉积于蓝宝石衬底表面的单层胶体晶体薄膜的SEM图。
图7为本发明一个实施例中，在蓝宝石衬底表面形成的二氧化硅掩膜的SEM图。
图8为本发明一个实施例中，形成纳米级图案化蓝宝石衬底的SEM图。
具体实施方式
为了进一步说明本发明的内容，下面结合实施例和附图对本发明做一详细描述：
实施例1、纳米级图案化蓝宝石衬底的全湿化学制备方法及其效果验证
一、全湿化学制备方法制备纳米级图案化蓝宝石衬底
纳米级图案化蓝宝石衬底的全湿化学制备方法的具体步骤如下所述：
1、胶体微球混合液的制备：在氮气保护下，以250ml去离子水为分散介质，将25ml苯乙烯单体、0.125g过硫酸钾引发剂加入装有机械搅拌器和回流冷凝管的500ml三口烧瓶中，在60℃的水浴中采用常规的无皂乳液聚合法合成聚苯乙烯胶体，机械搅拌速度为350r/min，反应24h后，得到粒径为650nm，粒径标准偏差为3％的聚苯乙烯胶体微球的乳白色乳液。将聚苯乙烯胶体微球与等体积的乙醇混合，超声2min，使其均匀分散，得到混合液。
2、带有单层胶体晶体薄膜的蓝宝石衬底的制备及其热处理：将玻璃片进行亲水处理，具体步骤为：用浓硫酸(质量浓度为98％)和双氧水(质量浓度为98％)按照体积比为3∶1配制而成浓硫酸和双氧水的混合液，将一玻璃片置于该混合溶液中，超声处理5min，然后用去离子水清洗干净得到亲水处理的玻璃片。将该亲水处理的玻璃片置于洁净的表面皿中心，在表面皿中缓慢加入去离子水直至水面到达玻璃片的上表面且未没过上表面，将20μL步骤1)制备的混合液滴在玻璃片上表面，待混合液中的胶体微球完全扩散至水气界面，在水中加入1滴质量浓度为1％的十二烷基硫酸钠溶液，得到漂浮在水面上的单层聚苯乙烯胶体纳米微球晶体薄膜，将蓝宝石衬底(购自云南蓝晶科技股份有限公司)缓慢插入水中并移到漂浮的单层胶体晶体薄膜下方，缓慢提起蓝宝石衬底，大面积单层胶体晶体薄膜即可作为一个整体转移到蓝宝石衬底上，干燥后，得到带有单层胶体晶体薄膜的蓝宝石衬底，在100℃烘箱中热处理10min，得到带有热处理后的单层胶体晶体薄膜的蓝宝石衬底(热处理后的单层胶体晶体薄膜的示意图如图1所示，其SEM图如图6所示)。
3、带有二氧化硅填充层的蓝宝石衬底的制备：正硅酸乙酯、乙醇溶液(体积分数为99.7％)和稀盐酸(浓度为0.1mol/L)按照体积比为4∶10∶1混合后，室温(25℃)下搅拌24h得到正硅酸乙酯的溶胶，装入瓶中以备后续使用。将带有热处理后的单层胶体晶体薄膜的蓝宝石衬底浸入到上述正硅酸乙酯的溶胶中，30s后取出，并在其上表面立即覆盖一个面积大于蓝宝石衬底的玻璃板，并在玻璃板上方加上3kg的重物，保证多余的正硅酸乙酯的溶胶从玻璃板与蓝宝石衬底之间的缝隙流出，静置12h，干燥后形成二氧化硅填充层(二氧化硅填充层示意图如图2所示)。将带有单层胶体晶体薄膜和二氧化硅填充层的蓝宝石衬底放入管式炉中，500℃下在空气中高温处理30min，除去单层胶体晶体薄膜得到带有二氧化硅填充层的蓝宝石衬底(示意图如图3所示，其SEM图如图7所示)。
4、带有二氧化硅填充层的蓝宝石衬底的湿法腐蚀：将带有二氧化硅掩膜的蓝宝石衬底放入盛有浓硫酸(质量分数为98％)与浓磷酸(质量分数为85％)按照体积比为3∶1配制而成混合液的烧杯中，在260℃的条件下腐蚀10min，取出蓝宝石衬底后，立即用去离子水冲洗干净，得到腐蚀后的带有二氧化硅掩膜层的蓝宝石衬底(示意图如图4所示)。
5、二氧化硅填充层的去除：将步骤4获得的带有二氧化硅掩膜层的蓝宝石衬底再放入氢氟酸溶液(质量浓度为10％)中，直至二氧化硅填充层被完全腐蚀，取出衬底，再用去离子水冲洗干净，氮气吹干后即可得到带有纳米级图案的蓝宝石衬底(示意图如图4所示，其SEM图如图8所述)，该带有纳米级图案的蓝宝石衬底具有周期性排列的纳米级倒角锥结构。
上述纳米级图案化蓝宝石衬底可用于氮化物的外延生长以及后续的LED器件制备工艺。
实施例2、纳米级图案化蓝宝石衬底的全湿化学制备方法及其效果验证
一、全湿化学制备方法制备纳米级图案化蓝宝石衬底
纳米级图案化蓝宝石衬底的全湿化学制备方法的具体步骤如下所述：
1、胶体微球混合液的制备：在氮气保护下，以250ml去离子水为分散介质，将20ml丙烯酸甲酯单体、0.125g过硫酸钾引发剂加入装有机械搅拌器和回流冷凝管的500ml三口烧瓶中，在60℃的水浴中采用常规的无皂乳液聚合法合成丙烯酸甲酯胶体，机械搅拌速度为350r/min，反应24h后，得到粒径为480nm，粒径标准偏差为3％的聚丙烯酸甲酯胶体微球的乳白色乳液。将聚丙烯酸甲酯胶体微球与等体积的乙醇混合，超声2min，使其均匀分散，得到混合液。
2、带有单层胶体晶体薄膜的蓝宝石衬底的制备及其热处理：将玻璃片进行亲水处理，具体步骤为：用浓硫酸(质量百分浓度为98％)和双氧水(质量百分浓度为98％)按照体积比为3∶1配制而成浓硫酸和双氧水的混合液，将一玻璃片置于该混合溶液中，超声处理5min，然后用去离子水清洗干净得到亲水处理的玻璃片。将该亲水处理的玻璃片置于洁净的表面皿中心，在表面皿中缓慢加入去离子水直至水面到达玻璃片的上表面且未没过上表面，将20μL步骤1)制备的混合液滴在玻璃片上表面，待混合液中的胶体微球完全扩散至水气界面，在水中加入1滴质量百分浓度为1％的十二烷基硫酸钠溶液，得到漂浮在水面上的单层聚丙烯酸甲酯胶体纳米微球晶体薄膜，将蓝宝石衬底(购自云南蓝晶科技股份有限公司)缓慢插入水中并移到漂浮的单层胶体晶体薄膜下方，缓慢提起蓝宝石衬底，大面积单层胶体晶体薄膜即可作为一个整体转移到蓝宝石衬底上，干燥后，得到带有单层胶体晶体薄膜的蓝宝石衬底，在90℃烘箱中热处理25min，得到带有热处理后的单层胶体晶体薄膜的蓝宝石衬底(热处理后的单层胶体晶体薄膜的示意图如图1所示)。
3、带有二氧化硅掩膜的蓝宝石衬底的制备：正硅酸乙酯、乙醇溶液(体积百分比浓度为99.7％)和稀盐酸(浓度为0.1mol/L)按照体积比为1∶10∶1混合后，15℃下搅拌24h得到正硅酸乙酯的溶胶，装入瓶中以备后续使用。将带有热处理后的单层胶体晶体薄膜的蓝宝石衬底浸入到上述正硅酸乙酯的溶胶中，30s后取出，并存其上表面立即覆盖一个面积大于蓝宝石衬底的玻璃板，并在玻璃板上方加上5kg的重物，保证多余的正硅酸乙酯的溶胶从玻璃板与蓝宝石衬底之间的缝隙流出，静置12h，干燥后形成二氧化硅填充层(二氧化硅填充层示意图如图2所示)。将带有单层胶体晶体薄膜和二氧化硅填充层的蓝宝石衬底放入管式炉中，450℃下在空气中高温处理60min，除去单层胶体晶体薄膜得到带有二氧化硅填充层的蓝宝石衬底(示意图如图3所示)。
4、带有二氧化硅填充层的蓝宝石衬底的湿法腐蚀：将带有二氧化硅掩膜的蓝宝石衬底放入盛有浓硫酸(质量分数为98％)与浓磷酸(质量分数为85％)按照体积比为1∶10配制而成混合液的烧杯中，在400℃的条件下腐蚀2min，取出蓝宝石衬底后，立即用去离子水冲洗干净，得到腐蚀后的带有二氧化硅填充层的蓝宝石衬底(示意图如图4所示)。
5、二氧化硅掩膜的去除：将步骤4获得的带有二氧化硅掩膜层的蓝宝石衬底再放入氢氟酸溶液(质量百分浓度为5％)中，直至二氧化硅屏蔽层被完全腐蚀，取出衬底，再用去离子水冲洗干净，氮气吹干后即可得到带有纳米级图案的蓝宝石衬底(示意图如图5所示)，该带有纳米级图案的蓝宝石衬底具有周期性排列的纳米级倒角锥结构。
上述纳米级图案化蓝宝石衬底可用于氮化物的外延生长以及后续的LED器件制备工艺。
实施例3、纳米级图案化蓝宝石衬底的全湿化学制备方法及其效果验证
一、全湿化学制备方法制备纳米级图案化蓝宝石衬底
纳米级图案化蓝宝石衬底的全湿化学制备方法的具体步骤如下所述：
1、胶体微球混合液的制备：在氮气保护下，以250ml去离子水为分散介质，将25ml甲基丙烯酸甲酯单体、0.125g过氧化苯甲酰引发剂加入装有机械搅拌器和回流冷凝管的500ml三口烧瓶中，在60℃的水浴中采用常规的无皂乳液聚合法合成甲基丙烯酸甲酯胶体，机械搅拌速度为350r/min，反应24h后，得到粒径为520nm，粒径标准偏差为3％的聚甲基丙烯酸甲酯胶体微球的乳白色乳液。将聚甲基丙烯酸甲酯胶体微球与等体积的乙醇混合，超声2min，使其均匀分散，得到混合液。
2、带有单层纳米微球胶体晶体薄膜的蓝宝石衬底的制备及其热处理：将玻璃片进行亲水处理，具体步骤为：用浓硫酸(质量百分浓度为98％)和双氧水(质量百分浓度为98％)按照体积比为3∶1配制而成浓硫酸和双氧水的混合液，将一玻璃片置于该混合溶液中，超声处理5min，然后用去离子水清洗干净得到亲水处理的玻璃片。将该亲水处理的玻璃片置于洁净的表面皿中心，在表面皿中缓慢加入去离子水直至水面到达玻璃片的上表面且未没过上表面，将20μL步骤1)制备的混合液滴在玻璃片上表面，待混合液中的胶体微球完全扩散至水气界面，在水中加入1滴质量百分浓度为1％的十二烷基硫酸钠溶液，得到漂浮在水面上的单层聚甲基丙烯酸甲酯胶体纳米微球晶体薄膜，将蓝宝石衬底(购自云南蓝晶科技股份有限公司)缓慢插入水中并移到漂浮的单层胶体晶体薄膜下方，缓慢提起蓝宝石衬底，大面积单层胶体晶体薄膜即可作为一个整体转移到蓝宝石衬底上，干燥后，得到带有单层胶体晶体薄膜的蓝宝石衬底，在90℃烘箱中热处理25min，得到带有热处理后的单层胶体晶体薄膜的蓝宝石衬底(热处理后的单层胶体晶体薄膜的示意图如图1所示)。
3、带有二氧化硅填充层的蓝宝石衬底的制备：正硅酸乙酯、乙醇溶液(体积白分比浓度为99.7％)和稀盐酸(浓度为0.1mol/L)按照体积比为5∶10∶1混合后，35℃下搅拌24h得到正硅酸乙酯的溶胶，装入瓶中以备后续使用。将带有热处理后的单层胶体晶体薄膜的蓝宝石衬底浸入到上述正硅酸乙酯的溶胶中，30s后取出，并在其上表面立即覆盖一个面积大于蓝宝石衬底的玻璃板，并在玻璃板上方加上1.5kg的重物，保证多余的正硅酸乙酯的溶胶从玻璃板与蓝宝石衬底之间的缝隙流出，静置12h，干燥后形成二氧化硅填充层(二氧化硅填充层示意图如图2所示)。将带有单层胶体晶体薄膜和二氧化硅填充层的蓝宝石衬底在40℃甲苯溶液中超声处理30min，除去单层胶体晶体薄膜得到带有二氧化硅填充层的蓝宝石衬底(示意图如图3所示)。
4、带有二氧化硅填充层的蓝宝石衬底的湿法腐蚀：将带有二氧化硅填充层的蓝宝石衬底放入盛有浓硫酸(质量分数为98％)与浓磷酸(质量分数为85％)按照体积比为10∶1配制而成混合液的烧杯中，在220℃的条件下腐蚀20min，取出蓝宝石衬底后，立即用去离子水冲洗干净，得到腐蚀后的带有二氧化硅填充层的蓝宝石衬底(示意图如图4所示)。
5、二氧化硅填充层的去除：将步骤4获得的带有二氧化硅填充层的蓝宝石衬底再放入氢氟酸溶液(质量百分浓度为35％)中，直至二氧化硅填充层被完全腐蚀，取出衬底，再用去离子水冲洗干净，氮气吹干后即可得到带有纳米级图案的蓝宝石衬底(示意图如图5所示)，该带有纳米级图案的蓝宝石衬底具有周期性排列的纳米级倒角锥结构。
上述纳米级图案化蓝宝石衬底可用于氮化物的外延生长以及后续的LED器件制备工艺。
Claims (10)
1.一种纳米级图案化蓝宝石衬底的全湿化学制备方法，包括下述步骤：
(1)在蓝宝石衬底上沉积单层纳米微球胶体晶体薄膜，然后90-105℃下进行热处理，热处理时间为1-25min；
(2)在单层纳米微球胶体晶体薄膜纳米球的间隙填充入正硅酸乙酯的溶胶，干燥后在蓝宝石衬底与组成单层纳米微球胶体晶体薄膜的纳米微球间隙形成填充层；
(3)移除单层纳米微球胶体晶体薄膜；
(4)利用填充层作为掩模湿法腐蚀该蓝宝石衬底，将纳米球的排列图案转移到蓝宝石衬底上；
(5)移除腐蚀掩模，得到带有纳米级图案的蓝宝石衬底。
2.根据权利要求1所述的纳米级图案化蓝宝石衬底的全湿化学制备方法，其特征在于，所述湿法腐蚀蓝宝石衬底的过程包括：将步骤(3)得到的蓝宝石衬底放入腐蚀液中，在220-400℃腐蚀2-20min；所述腐蚀液为浓硫酸与浓磷酸以体积比为10∶1-1∶10配制而成，其中浓硫酸质量浓度为95-98％，优选为98％，浓磷酸质量浓度为83-85％，优选为85％。
3.根据权利要求1所述的纳米级图案化蓝宝石衬底的全湿化学制备方法，其特征在于：所述组成胶体晶体薄膜的纳米微球材质为聚苯乙烯、聚甲基丙酸甲酯或者聚丙烯酸甲酯。
4.根据权利要求1所述的纳米级图案化蓝宝石衬底的全湿化学制备方法，其特征在于，所述组成胶体晶体薄膜的纳米微球粒径范围为100nm-2800nm。
5.根据权利要求1所述的纳米级图案化蓝宝石衬底的全湿化学制备方法，其特征在于：所述正硅酸乙酯的溶胶的配制方法包括：正硅酸乙酯，乙醇溶液和稀盐酸按照体积比(1-5)∶10∶1混合后，15-35℃下搅拌12-24h，其中所述乙醇溶液的体积分数为95-99.7％，优选为99.7％，所述稀盐酸浓度为0.1mol/L。
6.根据权利要求1所述的纳米级图案化蓝宝石衬底的全湿化学制备方法，其特征在于，所述在蓝宝石衬底上沉积单层胶体晶体薄膜的具体方法包括下述步骤：
(a)将胶体纳米微球乳液与乙醇混合，混匀，得到混合液；
(b)将玻璃片进行亲水处理后，置于干燥的容器底部中心，加水使水面恰好到达所述玻璃的上表面且未没过上表面，将所述混合液的液滴滴在亲水性处理后的所述玻璃片上，待所述液滴中的胶体微球完全扩散至水气界面；
(c)在所述容器中加入表面活性剂水溶液，得到漂浮在水面上的单层纳米微球胶体晶体薄膜；
(d)将蓝宝石衬底缓慢插入并移到漂浮的单层纳米微球胶体晶体薄膜下方，慢慢提起，单层纳米微球胶体晶体薄膜即可作为整体转移到蓝宝石衬底上。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述步骤(a)中，所述胶体纳米微球乳液与乙醇等体积混合。
8.根据权利要求1所述的纳米级图案化蓝宝石衬底的全湿化学制备方法，其特征在于，所述移除单层纳米微球胶体晶体薄膜的方法：是将步骤2)获得的形成填充层的蓝宝石衬底在450-550℃下热处理30-60min或者在30-50℃甲苯溶液中超声30-60min。
9.根据权利要求1所述的纳米级图案化蓝宝石衬底的全湿化学制备方法，其特征在于，填充正硅酸乙酯的溶胶过程包括：将所述蓝宝石衬底浸入到正硅酸乙酯的溶胶中，取出后在其上表面立即覆盖一个面积大于所述蓝宝石衬底的玻璃板，并在所述玻璃板上方加上1.5-5kg的重物。纳米微球的间隙填充入正硅酸乙酯的溶胶干燥后在蓝宝石衬底的部分表面形成填充层。
10.根据权利要求1所述的纳米级图案化蓝宝石衬底的全湿化学制备方法，其特征在于，所述移除腐蚀掩模的过程包括：将步骤(4)的湿法腐蚀过的蓝宝石衬底放入氢氟酸溶液中，直至二氧化硅掩模被完全腐蚀，取出衬底，再用去离子水冲洗干净，即可得到纳米级图案化的蓝宝石衬底，所述的氢氟酸溶液质量浓度为5％-35％。
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