CN103193194A - 基于银纳米粒子介电泳组装的有序纳米微结构制造方法 - Google Patents

基于银纳米粒子介电泳组装的有序纳米微结构制造方法 Download PDF

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Abstract

基于纳米粒子介电泳组装的有序纳米微结构制造方法，先制造平面平行微电极，再制造具有光刻胶导向结构的微电极系统，再进行银纳米粒子介电泳组装，最后进行有序的纳米微结构形成，本发明通过对银纳米粒子悬浮液施加高频交流电，使其在具有光刻胶导向作用下的微电极系统中，进行正介电泳力的组装，形成有序银纳米微结构的方法，可以有效的实现低成本，又简单易行地实现按照人的意志来调控图案多样、有序度高、稳定性好的自组装纳米微结构，可以广泛的应用于光电子器件、光伏器件等。

Description

基于银纳米粒子介电泳组装的有序纳米微结构制造方法
技术领域
本发明属于微纳制造技术领域，具体涉及基于银纳米粒子介电泳组装的有序纳米微结构制造方法。
背景技术
当今时代是一个以光电子信息技术为主要特征的时代，由于有序纳米微结构具有微纳结构器件的特征，所以广泛应用于微纳米技术领域，如光电子器件、光伏器件等。这使得有序纳米微结构的制备在微纳制造领域内一直倍受关注。现阶段制备纳米微结构主要有两种方法：一种是传统微加工方法，即“自上而下(top-down)”方法，如各种光刻技术及微压印技术等。这些方法通常要求昂贵的设备或很长的加工时间，而且，光刻技术由于加工原理的局限性，已被普遍认为接近其极限。另一种，是采用自组装的方法，即“自下而上(bottom-up)”方法，如嵌段共聚物自组装技术，可以通过自组装体系制备出宏观范围的周期性纳米微结构，由于方法简单和低成本，因而受到了很大的重视。然而嵌段共聚物自组装方法也存在着自身的缺点：局部自组装结构是非常精确的，但很难在大范围内实现长程有序的纳米微结构排列。因此如何低成本，又简单易行地实现按照人的意志来调控图案多样、有序度高、稳定性好的自组装纳米微结构，对于进一步扩展自组装有序纳米微结构在纳米技术中的应用来说，是个迫切需要解决的难题。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供基于银纳米粒子介电泳组装的有序纳米微结构制造方法，可以有效的实现低成本，又简单易行地实现按照人的意志来调控图案多样、有序度高、稳定性好的自组装纳米微结构。
为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：
基于纳米粒子介电泳组装的有序纳米微结构制造方法，包括以下步骤：
第一步，制造平面平行微电极，选择表面绝缘的刚性材料为基底，在其表面做亲水性的表面处理；然后采用溅射或蒸镀工艺在基底表面制备一层厚度为50-200nm的金，然后刻蚀使其图形化，以形成平面平行微电极；
第二步，制造具有光刻胶导向结构的微电极系统，在制造好的平面平行电极上旋涂厚度为0.5-1.5微米的光刻胶，利用光刻对准工艺实现区域紫外降解，从而在平行微电极之间制作出光刻胶的图形化结构；
第三步，银纳米粒子介电泳组装，把微电极系统浸入银纳米粒子悬浮液中，对平面平行电极施加频率为100KHz—500KHz的交流电信号，从而实现银纳米粒子在微电极系统中的组装；
第四步，有序的纳米微结构形成，把组装后的微电极系统浸入丙酮中，去除胶结构；把去胶后的微电极系统放入碘和碘化钾的水溶液中，腐蚀掉微电极系统，只在基底上保留了图案化的银结构。
所述的光刻胶为EPG533。
所述的碘和碘化钾的水溶液配比为I2：KI：H2O=1g：4g：40ml。
本发明通过对银纳米粒子悬浮液施加高频交流电，使其在具有光刻胶导向作用下的微电极系统中，进行正介电泳力的组装，形成有序银纳米微结构的方法，可以有效的实现低成本，又简单易行地实现按照人的意志来调控图案多样、有序度高、稳定性好的自组装纳米微结构。本技术方案可以广泛的应用于光电子器件、光伏器件等。
附图说明
图1为本发明基底的俯视图。
图2-1为在基底上旋涂光刻胶后的俯视图；图2-2为在基底上旋涂光刻胶后的主视图。
图3-1为光刻、溅射金层和剥离后的电极俯视图；图3-2为光刻、溅射金层和剥离后的电极主视图。
图4-1为旋涂光刻胶的俯视图；图4-2为旋涂光刻胶的主视图。
图5-1为光刻胶图案化并选择去除后的俯视图；图5-2为光刻胶图案化并选择去除后的主视图。
图6-1为银纳米粒子正介电泳组装后的俯视图；图6-2为银纳米粒子正介电泳组装后的主视图。
图7-1为完全去除光刻胶后的俯视图；图7-2为完全去除光刻胶后的主视图。
图8-1为去除微电极系统后的俯视图；图8-2为去除微电极系统后的主视图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做详细描述。
基于银纳米粒子介电泳组装的有序纳米微结构制造方法，包括以下步骤：
第一步，制造平面平行微电极，如图1所示，选择表面绝缘的刚性材料为基底1，在其表面做亲水性的表面处理；选择金作为产生微电极材料，采用溅射或蒸镀工艺在基底表面制备厚度为100nm的一层金2，然后利用光刻、刻蚀工艺使其图形化，以形成平面平行微电极3，如2-1、图2-2、图3-1和图3-2所示；
第二步，制造具有光刻胶导向结构的微电极系统，如图4-1、图4-2所示，在制造好的平面平行电极上旋涂一层厚度为1微米的EPG533光刻胶4，利用对准工艺实现紫外降解，从而在平面平行微电极之间制作出光刻胶的图形化结构，如图5-1、图5-2所示；
第三步，银纳米粒子悬浮液的正介电泳组装：把微电极系统浸入银纳米粒子悬浮液中，对微电极系统施加100KHz—500KHz交流电信号，从而实现银纳米粒子在微电极系统中的组装，如图6-1、图6-2所示；
第四步，有序的纳米微结构形成，把组装后的微电极系统浸入丙酮溶液中，去除光刻胶结构，如图7-1、图7-2所示；把微电极系统浸入碘和碘化钾的水溶液中，碘和碘化钾的水溶液配比为I2：KI：H2O=1g：4g：40ml，从而腐蚀掉微电极系统，只在基底上保留了图案化的银微米结构5，如图8-1、图8-2所示。
本发明充分利用光刻胶的易图案化易去除等特性，在高频交流电场下，对银纳米粒子进行正介电泳组装，从而实现有序纳米微结构制造。避免了传统纳米微结构制造工艺中的复杂流程以及昂贵的加工设备，操作简便易行，可以实现大规模制备。本发明的工作原理是利用银纳米粒子在高频交流电场激发的正介电泳方法，来操纵和组装银纳米粒子到指定位置，以实现有序纳米微结构制造。在电极附近电场梯度较大，致使银纳米粒子可以在垂直于电极的方向上进行组装，而在图案化的胶结构周围，也具有较大的电场梯度，所以银纳米粒子也同时在平行于电极的方向上组装，致使银纳米粒子可以实现片状组装和排布。

Claims (3)

1.基于纳米粒子介电泳组装的有序纳米微结构制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步，制造平面平行微电极，选择表面绝缘的刚性材料为基底，在其表面做亲水性的表面处理；然后采用溅射或蒸镀工艺在基底表面制备一层厚度为50-200nm的金，然后刻蚀使其图形化，以形成平面平行微电极；
第二步，制造具有光刻胶导向结构的微电极系统，在制造好的平面平行电极上旋涂厚度为0.5-1.5微米的光刻胶，利用光刻对准工艺实现区域紫外降解，从而在平行微电极之间制作出光刻胶的图形化结构；
第三步，银纳米粒子介电泳组装，把微电极系统浸入银纳米粒子悬浮液中，对平面平行电极施加频率为100KHz—500KHz的交流电信号，从而实现银纳米粒子在微电极系统中的组装；
第四步，有序的纳米微结构形成，把组装后的微电极系统浸入丙酮中，去除胶结构；把去胶后的微电极系统放入碘和碘化钾的水溶液中，腐蚀掉微电极系统，只在基底上保留了图案化的银结构。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的光刻胶为EPG533。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的碘和碘化钾的水溶液配比为I2：KI：H2O=1g：4g：40ml。
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