CN107620036B

CN107620036B - 利用离子溅射法制备检测基板膜的方法

Info

Publication number: CN107620036B
Application number: CN201710824974.5A
Authority: CN
Inventors: 孔明光; 吴兵; 刘玲
Original assignee: Hefei Institutes of Physical Science of CAS
Current assignee: Hefei Institutes of Physical Science of CAS
Priority date: 2017-09-14
Filing date: 2017-09-14
Publication date: 2019-11-26
Anticipated expiration: 2037-09-14
Also published as: CN107620036A

Abstract

本发明提供一种利用离子溅射法制备检测基板膜的方法，属于颗粒膜制备技术领域，包括：1)将检测基板表面进行酸洗，作为基片；2)对离子溅射仪进行矫正，预设目标银颗粒膜粒径；3)采用离子溅射的方法以银靶材为初始材料，在基片衬底上蒸镀银颗粒膜，设置初始蒸镀时间，确定基片上实际银颗粒膜粒径；4)判定若实际银颗粒膜粒径小于目标银颗粒膜粒径，执行步骤5)，否则执行步骤6)；5)在初始蒸镀时间基础上增加蒸镀时间，重新蒸镀银靶材，并测定实际银颗粒膜粒径，并重复步骤4)；6)判定银颗粒膜是否合格。该离子溅射法根据银颗粒膜在不同的蒸镀时间下测定银颗粒的峰位，从而确定精准的银颗粒膜粒径，以便提高检测基板膜检测的准确性。

Description

利用离子溅射法制备检测基板膜的方法

技术领域

本发明涉及颗粒膜制备技术领域，具体涉及一种利用离子溅射法，在检测基板膜上镀膜时，确定膜粒径的方法。

背景技术

金属银颗粒粒径在100nm以下，其本身具有特殊的物理化学性质，如低电子转换性能、高催化性能等，在抗菌药、光学检测及催化等领域具有重要的应用前景，越来越受到各国的研究关注。对于不同的银颗粒粒径，所产生的表面增强效应也不同。对于这种银颗粒特有的高表面能性质，在环境污染物微量物质成分的检测中应用较为广泛，可整体单层附着作为检测基板膜使用，将待检测的成分放在检测基板膜表面，由于杂质本身化学性质与检测基板表面的银颗粒膜颗粒不同，通过激光束轰击，会产生不同峰位，从而实现对环境污染物中微量物质成分进行分析确认。

现有制备检测基板膜表面的银颗粒膜一般采用化学还原法，根据使用的银盐溶液浓度来确定银颗粒的粒径大小。在水溶液或有机溶剂中，利用氧化还原反应将银盐中的银离子还原成银原子并形成颗粒，再经历一系列的聚合、生长等过程，可在检测基板上形成确定粒径的单层银颗粒膜。

但是通过化学还原法形成的银颗粒膜，由于反应中会使用化学试剂，成膜的过程中银颗粒原子会掺杂试剂颗粒分子，导致检测基板膜表面颗粒不纯(并不都是银颗粒)；同时由于化学还原法中采用不同的银盐溶液浓度来确定银颗粒膜粒径，对于配置的银盐溶液浓度并不准确，会导致成膜后确定的银颗粒膜粒径不精准，银颗粒表面增强效应降低，影响检测基板的检测结果准确性。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种利用离子溅射法制备检测基板膜的方法，解决了检测基板膜当中银颗粒不纯和银颗粒膜粒径不精准的问题。

(二)技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

一种利用离子溅射法制备检测基板膜的方法，包括以下步骤：

1)将检测基板表面进行酸洗，作为基片；

2)对离子溅射仪进行抽真空高压放电检测、矫正，预设目标银颗粒膜粒径D；

3)在恒定电流下，以银靶材为初始材料，在基片衬底上蒸镀银颗粒膜，设置初始蒸镀时间为t₀，确定基片上银颗粒膜粒径为d；

4)判定实际银颗粒膜粒径是否小于目标银颗粒膜粒径D，若是执行步骤5)，否则执行步骤6)；

5)继续增加蒸镀时间为Δt，重新确定实际银颗粒膜粒径d，并重复步骤3)；

6)若实际银颗粒膜粒径d大于目标银颗粒膜粒径D，则判定银颗粒膜不合格，结束命令；若实际银颗粒膜粒径d等于目标银颗粒膜粒径D，则判定银颗粒膜合格，结束命令。

进一步地，该步骤1)采用的真空度为0.05mpa，1500V高压下进行放电。

进一步地，该步骤2)采用的恒压电流为20mA。

进一步地，该步骤3)银颗粒膜粒径的测定方法为紫外-可见-近红外吸收光谱法。

进一步地，该步骤3)测定过程中，做三组以上平行测定取平均值。

(三)有益效果

本发明提供了的利用离子溅射法制备检测基板膜的方法，具备以下有益效果：

该利用离子溅射法制备检测基板膜的方法，通过离子溅射方法，由于采用物理方法通过荷能粒子轰击银靶材得到银颗粒膜，所以形成的银颗粒膜颗粒成分单一，提升检测基板膜上分布的银颗粒纯度，从而提高银颗粒表面增强效应。

在离子溅射过程中，先在初始蒸镀时间t₀下进行蒸镀，形成最小银颗粒附着在基片表面。继续增加Δt蒸镀时间，根据在不同的蒸镀时间下银颗粒粒径发生规律性变化，直至得到确定的目标银颗粒膜粒径，实现检测基板上银颗粒膜合格，进而实现检测基板的检测结果准确性得到提高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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。

图1为本发明实施方式的整体控制流程图；

图2为本发明实施例1-5在20mA恒流下蒸镀银靶材的扫描电镜图S1(a)、S2(b)、S3(c)、S4(d)、S5(e)；

图3为本发明实施例1-5银颗粒膜的S1-S5的吸收光谱图；

图4为本发明实施例1-5银颗粒膜的S1-S5的峰位、峰强的变化图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

离子溅射方法是通过荷能粒子轰击银靶材表面，使银靶材原子从表面溅射出来，银原子被溅射在基片表面形成一层颗粒膜，这种镀膜方法使银靶材原子从表面溅射出来后，开始以单层银颗粒在基片表面成型，随着蒸镀时间延长，基片表面单层的银颗粒开始蓄积，并不以单层的银颗粒基片上成膜，会逐渐叠层，一般用于形成厚度在100nm以上由多层银颗粒堆积形成的膜层。

基于上述问题，本发明实施方式提供一种利用离子溅射法制备检测基板膜的方法，包括以下步骤：

1)将检测基板表面进行酸洗，作为基片；

4)判定实际银颗粒膜粒径d是否小于目标银颗粒膜粒径D，若是执行步骤5)，否则执行步骤6)；

5)继续增加蒸镀时间为Δt，并确定实际银颗粒膜粒径d，并重复步骤3)；

该利用离子溅射法制备检测基板膜的方法，通过离子溅射方法，由于采用物理方法通过荷能粒子轰击银靶材得到银颗粒膜，所以形成的银颗粒膜成分单一，纯度极高。

该利用离子溅射法制备检测基板膜的方法，通过离子溅射方法，由于采用物理方法通过荷能粒子轰击银靶材得到银颗粒膜，所以形成的银颗粒膜颗粒成分单一，从而提高检测基板膜上分布的银颗粒纯度。

在离子溅射过程中，先在初始蒸镀时间t₀下进行蒸镀，形成最小银颗粒附着在基片表面。继续增加Δt蒸镀时间，根据在不同的蒸镀时间下银颗粒粒径发生规律性变化，直至得到确定的目标银颗粒膜粒径。

如图2所示，在初始蒸镀时间t₀下将银靶材表面的银原子被轰击到基片上，形成最小银颗粒原子附着在基片表面。当蒸镀时间少，银颗粒膜局域表面等离子体共振峰波长短，导致峰强较低，所形成的银颗粒膜粒径越小。当延长蒸镀时间，银颗粒膜局域表面等离子体共振峰峰位红移，导致峰强不断增强，银颗粒粒径增大。通过逐次增加可控的蒸镀时间Δt，使得银颗粒连续成膜前，产生的峰位、峰强以及面密度规律性变化，从而确定实际银颗粒膜粒径，若不能达到目标银颗粒膜粒径，则继续增加蒸镀时间Δt，直至达到目标银颗粒膜粒径，镀膜合格。若产生实际银颗粒膜粒径大于目标银颗粒膜粒径，则镀膜不合格。

作为优选地，步骤1)中真空度为0.05mpa，1500V高压下进行放电，可将离子溅射仪中残留的杂质去除，达到纯净状态，避免受到离子溅射时产生杂质颗粒被溅射附着在基片表面，影响检测结果。

作为优选地，步骤3)中采用紫外-可见-近红外吸收光谱方法测定银颗粒膜局域表面离子共振峰峰位、峰强和面密度来确定银颗粒粒径。

作为优选地，需要采用三组以上银颗粒膜测粒径并取平均值，提高银颗粒膜检测的准确。

实施例一、

1)将检测基板表面进行酸洗，作为基片；

2)对离子溅射仪进行抽真空放电检测、矫正，预设目标银颗粒膜粒径20nm；

3)在恒定电流20mA下，通过K550x离子溅射仪，采用离子溅射法，以银靶材为初始材料，在基片衬底上蒸镀银颗粒膜，控制蒸镀时间采用初始蒸镀时间t₀＝10s，此时银靶材上形成最小银颗粒附着在基片表面。

4)采用岛津紫外-可见-近红外吸收光谱仪(UV-1750)银颗粒膜颗粒进行测定：峰位437nm、峰强72×10^-4、面密度94个/μm，得到实际银颗粒膜粒径为20nm；

5)判定实际银颗粒膜粒径与目标银颗粒膜粒径相等，即判定银颗粒膜合格，结束命令。

实施例二、

1)将检测基板表面进行酸洗，作为基片；

2)对离子溅射仪进行抽真空放电检测、矫正，预设目标银颗粒膜粒径21nm；

3)在恒定电流20mA下，通过K550x离子溅射仪，采用离子溅射法，以银靶材为初始材料，在基片衬底上蒸镀银颗粒膜，控制蒸镀时间采用初始蒸镀时间t₀＝10s，此时银靶材上形成最小银颗粒附着在基片表面，采用岛津紫外-可见-近红外吸收光谱仪(UV-1750)银颗粒膜颗粒进行测定：峰位437nm、峰强72×10^-4、面密度94个/μm，得到实际银颗粒膜粒径为20nm；

4)判定实际银颗粒膜粒径小于目标银颗粒膜粒径，执行下一步骤；

5)在步骤3)中初始蒸镀时间t₀基础上增加蒸镀时间Δt＝10s，重新蒸镀银靶材，并测定：峰位447nm、峰强429×10^-4、面密度281个/μm，确定实际银颗粒膜粒径21nm；

6)实际银颗粒膜粒径与目标银颗粒膜粒径相等，即判定银颗粒膜合格，结束命令。

实施例三、

1)将检测基板表面进行酸洗，作为基片；

2)对离子溅射仪进行抽真空放电检测、矫正，预设目标银颗粒膜粒径29nm；

3)在恒定电流20mA下，通过K550x离子溅射仪，采用离子溅射法，以银靶材为初始材料，在基片衬底上蒸镀银颗粒膜，控制蒸镀时间采用初始蒸镀时间t₀＝10s，采用岛津紫外-可见-近红外吸收光谱仪(UV-1750)银颗粒膜颗粒进行测定：峰位437nm、峰强72×10^-4、面密度94个/μm，得到实际银颗粒膜粒径为20nm；

5)在步骤3)中初始蒸镀时间t₀基础上增加蒸镀时间Δt＝10s，重新蒸镀银靶材，并测定峰位、峰强、面密度确定实际银颗粒膜粒径25nm，实际银颗粒膜粒径小于目标银颗粒膜粒径，继续执行步骤3)；

6)在步骤5)基础上继续增加蒸镀时间Δt＝10s，总蒸镀时间为30s，重新蒸镀银靶材，并测定峰位、峰强、面密度确定实际银颗粒膜粒径27nm，实际银颗粒膜粒径小于目标银颗粒膜粒径，继续执行步骤5)；

7)在步骤6)基础上继续增加蒸镀时间Δt＝10s，总蒸镀时间为40s，重新蒸镀银靶材，并测定峰位、峰强、面密度确定实际银颗粒膜粒径29nm，实际银颗粒膜粒径等于目标银颗粒膜粒径，即判定银颗粒膜合格，结束命令。

实施例四、

1)将检测基板表面进行酸洗，作为基片；

2)对离子溅射仪进行抽真空放电检测、矫正，预设目标银颗粒膜粒径38nm；

5)在步骤3)中初始蒸镀时间t₀基础上增加蒸镀时间Δt＝10s，总蒸镀时间为20s，重新蒸镀银靶材，并测定峰位、峰强、面密度确定实际银颗粒膜粒径25nm，实际银颗粒膜粒径小于目标银颗粒膜粒径，继续执行步骤3)；

........

8)重复上述步骤7)操作增加蒸镀时间Δt＝10s，直至总蒸镀时间为60s，重新蒸镀银靶材，并测定峰位、峰强、面密度确定实际银颗粒膜粒径38nm，实际银颗粒膜粒径等于目标银颗粒膜粒径，即判定银颗粒膜合格，结束命令。

实施例五：

1)将检测基板表面进行酸洗，作为基片；

2)对离子溅射仪进行抽真空放电检测、矫正，预设目标银颗粒膜粒径44nm；

.......

10)重复上述步骤9)操作增加蒸镀时间Δt＝10s，直至总蒸镀时间为80s，重新蒸镀银靶材，并测定峰位、峰强、面密度确定实际银颗粒膜粒径44nm，实际银颗粒膜粒径等于目标银颗粒膜粒径，即判定银颗粒膜合格，结束命令。

在实际的操作中，可改变在初始蒸镀时间t₀的基础上增加的蒸镀时间Δt大小，以便确定不同的蒸镀银颗粒膜粒径需要。

表一：不同时间下蒸镀银靶材获得的银颗粒膜粒径与峰位、峰强、面密度的关系：

	时间(s)	峰位(nm)	峰强(10<sup>-4</sup>)	面密度(个/μm)	粒径(nm)
						S1	10	437	72	94	20
S2	20	447	429	281	21
						S3	40	483	732	422	29
S4	60	497	1302	632	38
						S5	80	524	1596	891	44

图2的实验数据显示不同蒸镀时间下产物的扫描电镜图，从图中可以看出，通过在先进行初始蒸镀时间t₀＝10下，将银靶材表面的银颗粒被轰击到基片上，形成最小银颗粒附着在基片表面，为银颗粒膜样品S1(a)，随着增加蒸镀时间Δt，银颗粒局域表面等离子体共振峰、峰强和面密度逐渐增大，产生的银颗粒粒径也逐渐增大。

图3的实验数据显示上述银颗粒膜的吸收光谱图，从图中可以看出，从银颗粒膜样品S1到S5，均有明显的可见吸收峰，峰位分别位于437nm(a图)、447nm(b图)、483nm(c图)、497nm(d图)以及524nm(e图)纳米处，而随着蒸镀时间的延长，峰位、峰强增大，对应峰位、峰强所在的银颗粒膜粒径也增大。

从图4和表1可以看出，镀银颗粒膜时银颗粒吸收峰位明显的红移，并且随着面密度的增加，峰强也逐渐提高，蒸镀时间越短，银颗粒局域表面等离子体共振峰波长越短，粒径越小。但由于此时面密度比较低，峰强也较低，随着蒸镀时间的延长，这就导致银颗粒局域表面表面等离子体共振峰位红移，峰强和面密度也不断提高，对应的银靶材银颗粒逐渐增大。

综上所述，该利用离子溅射法制备检测基板膜的方法，通过离子溅射的方法在玻璃基片表面蒸镀银颗粒膜，利用与银颗粒膜粒径与蒸镀时间的关系，逐步增加蒸镀时间，使得银颗粒膜颗粒局域表面表面等离子体共振峰位的峰位、峰强以及面密度增加，银颗粒膜粒径也成规律性增加，从而确定在银颗粒连续成膜前，实际银颗粒膜粒径与目标银颗粒膜粒径一直为止。从而在银颗粒连续成膜前，得到确定的银颗粒膜粒径。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下。由语句“包括一个......限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素”。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims

1.一种利用离子溅射法制备检测基板膜的方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)将检测基板表面进行酸洗，作为基片；

3)在恒定电流下，以银靶材为初始材料，在基片衬底上蒸镀银颗粒膜，设置初始蒸镀时间为t0，确定基片上银颗粒膜粒径为d；

4)判定实际银颗粒膜粒径是否小于目标银颗粒膜粒径D，若是则执行步骤5)，否则执行步骤6)；

6)若实际银颗粒膜粒径d大于目标银颗粒膜粒径D，则判定银颗粒膜不合格，结束命令；

若实际银颗粒膜粒径d等于目标银颗粒膜粒径D，则判定银颗粒膜合格，结束命令；

所述步骤2)采用的真空度为0.05M pa，压力为1500V。

2.如权利要求1所述的利用离子溅射法制备检测基板膜的方法，其特征在于，所述步骤2)采用的恒定电流为20mA。

3.如权利要求2所述的利用离子溅射法制备检测基板膜的方法，其特征在于，所述步骤3)银颗粒膜粒径的测定方法为紫外-可见-近红外吸收光谱法。

4.如权利要求3所述的利用离子溅射法制备检测基板膜的方法，其特征在于，步骤3)测定过程中，做三组以上平行测定取平均值。