CN110515280A - 一种制备窄间距的手性微纳结构的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及微纳结构制备领域，具体涉及一种制备窄间距的手性微纳结构的方法，主要制备步骤包括涂覆光刻胶、电子束曝光、显影定影、倾斜蒸镀金属材料和剥离光刻胶。制备的过程中曝光较大尺寸的图形，通过倾斜蒸镀就可以制备出窄间距的金属微纳结构，并且该结构的参数可以通过蒸镀束流的角度和蒸镀时间进行调节。该制备方法操作简便，避免了制备小间距结构需要很高的工艺要求。

Description

一种制备窄间距的手性微纳结构的方法
技术领域
本发明涉及微纳结构制备领域，具体涉及一种制备窄间距的手性微纳结构的方法。
背景技术
随着中国纳米技术和纳米电子学的蓬勃发展，纳米加工技术的研究越来越重要，而电子束光刻技术将是纳米结构图形加工中非常重要的手段。
电子束刻蚀时近十年来发展起来的一项新的微细加工技术，它是在计算机控制下，利用核能电子束对抗蚀剂的作用而形成的一套全新的高分辨刻蚀技术。他所加工出来的图形分辨率高，线条边缘陡直。电子束刻蚀不仅已广泛用于制造光刻蚀用的掩膜版，而且还可以直接在晶片上加工芯片图形，实现了以“无掩模”曝光技术来制造集成电路和器件，当前已成为加工微电子器件的重要手段。随着纳米科学的迅猛发展，纳米材料和器件已普遍应用在人类生活的各个领域，如电子、生物传感、半导体芯片、光学新型材料和生物医用等多个领域。特别是在生物传感方面，手性探测器经常需要窄间距的手性微纳结构。
目前用电子束刻蚀技术加工窄间距图形，需要高精度的电子束，并且在曝光的过程中对每个参数要求的精准度都要求很高，而且剥离胶时，窄间距的区域，光刻胶不易脱落。
发明内容
为了解决现有技术中存在的制备窄间距手性微纳结构时，需要高精度的电子束，并且在曝光的过程中对每个参数要求的精准度都要求很高，而且剥离胶时，窄间距的区域，光刻胶不易脱落的问题，本发明提供了一种制备窄间距的手性微纳结构的方法，该结构通过曝光大结构的和倾斜镀膜就可以制备窄间距手性微纳结构，而且制备精度高。
本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
一种制备窄间距的手性微纳结构的方法，包括以下步骤：
准备基底：准备洁净的玻璃基底或者ITO基底；
涂覆光刻胶：用甩胶机在准备好的基底表面甩一层光刻胶；
电子束曝光结构图形：用图形发生器设计方形周期阵列结构，并用电子束对设定区域曝光刻蚀，得到宽度为d的缝隙；
显影定影；
蒸镀金属：采用电子束真空蒸发镀膜仪蒸镀金属材料；
除胶：将蒸镀完金属的基底放入冷藏的丙酮溶液中除胶；
冲洗：用去离子水将除胶后的基底用去离子水冲洗至洁净。
进一步地，所述蒸镀金属的具体步骤为：
步骤一，采用第一沉积角θ 1 在第一区域蒸镀厚度为h 1 ，宽度为w 1 的金属材料；
步骤二，采用第二沉积角θ 2 在第二区域蒸镀厚度为h 2 ，宽度为w 2 的金属材料；
步骤三，采用第三沉积角θ 3 在第三区域蒸镀厚度为h 3 ，宽度为w 3 的金属材料；
沉积角θ与蒸镀厚度h之间的关系为θ=arctan(h/(d－w))。
进一步地，所述蒸镀金属的宽度w 1 ，w 2 ，w 3 均小于刻蚀孔隙的宽度d。
进一步地，所述蒸镀金属的厚度h 1 ，h 2 ，h 3 均小于光刻胶厚度的1/3。
进一步地，所述涂覆光刻胶时甩胶机转速为1000rpm~6000rpm，时间为60s。
进一步地， 所述金属材料为贵金属材料。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
（1）本申请实施例制备窄间距手性微纳结构的方法，通过曝光大结构和倾斜镀膜就可以制备窄间距手性微纳结构，对于刻蚀的参数的精准度要求较低，而且制备精度高，光刻胶易剥离。
（2）本申请实施例制备窄间距手性微纳结构的方法，只需要曝光一次，不需要套刻，只通过改变倾斜镀膜的时间和角度就可以制备三维手性金属结构。
（3）本申请实施例制备窄间距手性微纳结构的方法，改变结构参数时，可以在上面继续蒸镀金属，不需要重新制备结构，节约了制备成本。
（4）本申请实施例方案制备窄间距手性微纳结构的方法，在普通实验室内就可以方便的制备出窄间距的微纳结构，可以很好的聚集电荷，增强结构的吸收。
（5）本申请实施例制备窄间距手性微纳结构的方法制备出来的结构具有很好的手性效应，可以应用于生物监测，对映传感器，偏振转换和光电子的圆偏振器。
附图说明
图1是本申请实施例1中通过窄间距的手性微纳结构的方法制备三维金属微纳结构的示意图；
图2是本申请实施例1中用图形发生器设计的矩形周期阵列结构；
图3是本申请实施例1中除胶胶后的窄间距手性微纳结构示意图；
图4是本申请实施例1制备的窄间距手性微纳结构的圆二色谱线。
其中，图1中：1、光刻胶；21、第一区域；22、第二区域；23、第三区域。
具体实施方式
为了解决现有技术中存在的为了解决现有技术中存在的制备窄间距手性微纳结构时，需要高精度的电子束，并且在曝光的过程中对每个参数要求的精准度都要求很高，而且剥离胶时，窄间距的区域，光刻胶1不易脱落的问题，本实施例提供了一种制备窄间距手性微纳结构的方法，该结构通过曝光大结构的和倾斜镀膜就可以制备窄间距手性微纳结构，而且制备精度高，光刻胶1易脱落。
下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1：
一种制备窄间距手性微纳结构的方法，包括以下步骤：
准备基底：准备洁净的玻璃基底或者ITO基底；
涂覆光刻胶1：用甩胶机在准备好的基底表面甩一层光刻胶1；
电子束曝光结构图形：用图形发生器设计方形周期阵列结构，并用电子束对设定区域曝光刻蚀，得到宽度为d的缝隙；
显影定影；
蒸镀金属：采用电子束真空蒸发镀膜仪蒸镀金属材料；
除胶：将蒸镀完金属的基底放入冷藏的丙酮溶液中除胶；
冲洗：用去离子水将除胶后的基底用去离子水冲洗至洁净。
所述蒸镀金属的具体步骤为：
步骤一，采用第一沉积角θ 1 在第一区域21蒸镀厚度为h 1 ，宽度为w 1 的金属材料；
步骤二，采用第二沉积角θ 2 在第二区域22蒸镀厚度为h 2 ，宽度为w 2 的金属材料；
步骤三，采用第三沉积角θ 3 在第三区域23蒸镀厚度为h 3 ，宽度为w 3 的金属材料；
沉积角θ与蒸镀厚度h之间的关系为θ=arctan(h/(d－w))。
具体而言：
第一沉积角θ 1 =48°，第一区域21蒸镀厚度为h 1 ，=80nm，宽度w 1 =100nm；
第二沉积角θ 1 =69°，第二区域22蒸镀厚度为h 2 ，=30nm，宽度w 2 =30nm；
第三沉积角θ 1 =53°，第三区域23蒸镀厚度为h 3 ，=30nm，宽度w 3 =30nm；
所述蒸镀金属的厚度h 1 ，h 2 ，h 3 均小于刻蚀孔隙的宽度d，刻蚀孔隙的宽度d=300nm。
所述蒸镀金属的厚度h 1 ，h 2 ，h 3 均小于光刻胶1厚度的1/3。
所述涂覆光刻胶1时甩胶机转速为1000rpm~6000rpm，时间为60s。
所述金属材料为贵金属材料，本实施例具体为金。
如图1所示，是利用该申请实施例制备方法制备窄间距微纳金属结构的示意图，图1中显示了一个完整的单个结构，图1中标示第一区域21，第二区域22、第三区域23分别是在步骤一、步骤二和步骤三中蒸镀的位置。蒸镀金属的方向不同，就会在第一区域21位置和第二区域22位置蒸镀的金属之间形成一个窄间距，在第一区域21位置和第三区域23位置蒸镀的金属之间形成另一个窄间距，而且间距可以由蒸镀的方向精确控制，制备精度高。并且，只需要曝光一次，不需要套刻，只通过改变倾斜镀膜的时间和角度就可以制备三维手性金属结构。
如图2所示，是利用该申请实施例制备方法制备窄间距手性微纳结构需要曝光的图形阵列，在曝光结构时曝光的区域比蒸镀金属的宽度大，不仅减小了对于刻蚀参数精准度的要求，而且光刻胶1易剥离。
将本用本申请实施例制备方法制备的结构，如图3所示，用光的正入射测量得到其圆二色性，圆二色性信号光谱线如图4，其信号最大达到了12%，具有很好的手性效应，可以应用于生物监测，对映传感器，偏振转换和光电子的圆偏振器。
实施例2：
本实施例制备的窄间距手性金属微纳结构，仅改变第二区域22位置和第三区域23位置蒸镀金属材料的厚度，制备过程与实施例1均相同。
具体而言：
在第二区域22位置蒸镀金属的厚度不等于在第三区域23位置蒸镀金属的厚度，在第二区域22和第三区域23位置蒸镀金属的厚度分别小于在第一区域21位置蒸镀金属的厚度。之后得到的窄间距的手性微纳结构，由于具有更高的不对称性，所以得到的圆二色信号更大。另外，由于窄间距更容易聚集电荷，所以可以增强结构的吸收。
实施例3：
本实施例制备步骤与实施例1和2基本相同，区别仅在于不进行除胶的步骤。
将制备的结构用光的正入射法测量得到其圆二色性。然后继续倾斜蒸镀改变结构的参数继续测量其圆二色性，不需要重新制备结构，节约了制备成本。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种制备窄间距的手性微纳结构的方法，其特征在于，包括以下步骤：
准备基底：准备洁净的玻璃基底或者ITO基底；
涂覆光刻胶：用甩胶机在准备好的基底表面甩一层光刻胶；
电子束曝光结构图形：用图形发生器设计方形周期阵列结构，并用电子束对设定区域曝光刻蚀，得到宽度为d的缝隙；
显影定影；
蒸镀金属：采用电子束真空蒸发镀膜仪蒸镀金属材料；
除胶：将蒸镀完金属的基底放入冷藏的丙酮溶液中除胶；
冲洗：用去离子水将除胶后的基底用去离子水冲洗至洁净。
2.根据权利要求1所述的制备窄间距的手性微纳结构的方法，其特征在于，所述蒸镀金属的具体步骤为：
步骤一，采用第一沉积角θ 1 在第一区域蒸镀厚度为h 1 ，宽度为w 1 的金属材料；
步骤二，采用第二沉积角θ 2 在第二区域蒸镀厚度为h 2 ，宽度为w 2 的金属材料；
步骤三，采用第三沉积角θ 3 在第三区域蒸镀厚度为h 3 ，宽度为w 3 的金属材料；
沉积角θ、蒸镀厚度h与宽度为w之间的关系为θ=arctan(h/(d－w))。
3.根据权利要求2所述的制备窄间距的手性微纳结构的方法，其特征在于，所述蒸镀金属的宽度w 1 ，w 2 ，w 3 均小于刻蚀孔隙的宽度d。
4.根据权利要求3所述的制备窄间距的手性微纳结构的方法，其特征在于，所述蒸镀金属的厚度h 1 ，h 2 ，h 3 均小于光刻胶厚度的1/3。
5.根据权利要求1所述的制备窄间距的手性微纳结构的方法，其特征在于，所述涂覆光刻胶时甩胶机转速为1000rpm~6000rpm，时间为60s。
6.根据权利要求1所述的制备窄间距的手性微纳结构的方法，其特征在于，所述金属材料为贵金属材料。
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