本發(fā)明屬于納米結(jié)構(gòu)制備，特別涉及一種形狀規(guī)則納米圓孔陣列結(jié)構(gòu)及其制備方法。
背景技術(shù)：
1、隨著納米技術(shù)的不斷發(fā)展，納米圓孔陣列作為一種重要的結(jié)構(gòu)形式，已廣泛應(yīng)用于微電子學(xué)、光學(xué)、光電子學(xué)、傳感器技術(shù)、生物醫(yī)學(xué)、表面增強(qiáng)拉曼光譜、微流控芯片、太陽(yáng)能電池等領(lǐng)域。納米圓孔陣列不僅能夠調(diào)控光、熱、電子等性質(zhì)，還能在傳感、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和信息處理等方面提供巨大的應(yīng)用潛力；進(jìn)一步解釋性地，通過(guò)精確設(shè)計(jì)孔的尺寸、間距和排列方式，納米圓孔陣列能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)光、電子、分子等的精確控制，極大地拓展了其在科學(xué)研究和工業(yè)應(yīng)用中的潛力。
2、納米圓孔陣列的制備是納米技術(shù)中的一個(gè)重要研究方向，現(xiàn)有的制備方法主要包括光刻技術(shù)、納米壓印、模板法等；其中，光刻技術(shù)（如電子束光刻）能夠在納米尺度上定義精細(xì)的圖案，但存在耗時(shí)長(zhǎng)、大面積均勻陣列制備困難、成本高的不足；激光刻蝕的精度較低，難以控制孔的尺寸和間距，特別是在高密度孔陣列的制備上存在較大挑戰(zhàn)；模板法簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)，但如何制備形狀規(guī)則、一致性高、尺寸可控的圓孔陣列存在困難。
3、綜上，對(duì)于形狀規(guī)則、一致性高、排列均勻、尺寸可控、大面積低成本的納米圓孔陣列的制備，尚缺乏有效方法，亟需研發(fā)一種新的制備方法。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本發(fā)明的目的在于提供一種形狀規(guī)則納米圓孔陣列結(jié)構(gòu)及其制備方法，以解決上述存在的一個(gè)或多個(gè)技術(shù)問(wèn)題。本發(fā)明公開(kāi)的技術(shù)方案，可以大面積低成本地制備形狀規(guī)則納米圓孔陣列結(jié)構(gòu)，具有較強(qiáng)的通用性，制備的納米圓孔陣列具有形狀規(guī)則、一致性高、排列均勻、尺寸可控的特點(diǎn)。
2、為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
3、本發(fā)明第一方面，提供一種形狀規(guī)則納米圓孔陣列結(jié)構(gòu)的制備方法，包括以下步驟：
4、利用lb膜法，在選中的目標(biāo)襯底上制備出聚苯乙烯納米微球組成的二維膠體晶體；
5、在制備獲得的二維膠體晶體上，通過(guò)icp刻蝕法進(jìn)行可控干法刻蝕，獲得目標(biāo)尺寸的微球陣列；
6、采用真空蒸發(fā)鍍膜方法，在目標(biāo)尺寸的微球陣列以及襯底表面上沉積選中的目標(biāo)材料，獲得目標(biāo)材料可控包覆的微球陣列與襯底表面；
7、基于目標(biāo)材料可控包覆的微球陣列與襯底表面進(jìn)行微球剝離，獲得目標(biāo)尺寸的形狀規(guī)則納米圓孔陣列結(jié)構(gòu)。
8、本發(fā)明制備方法的進(jìn)一步改進(jìn)在于，
9、所述在制備獲得的二維膠體晶體上，通過(guò)icp刻蝕法進(jìn)行可控干法刻蝕，獲得目標(biāo)尺寸的微球陣列的步驟中，
10、通過(guò)調(diào)控icp刻蝕法中的工藝參數(shù)來(lái)控制微球尺寸；其中，工藝參數(shù)包括刻蝕氣體、icp功率、射頻功率、刻蝕氣體流速、刻蝕氣壓和刻蝕時(shí)間。
11、本發(fā)明制備方法的進(jìn)一步改進(jìn)在于，
12、所述通過(guò)調(diào)控icp刻蝕法中的工藝參數(shù)來(lái)控制微球尺寸的步驟中，刻蝕氣體為o2，icp功率為50~400?w，射頻功率為10~100?w，o2流速為10~50?sccm，刻蝕氣壓為10~50mtorr。
13、本發(fā)明制備方法的進(jìn)一步改進(jìn)在于，
14、所述采用真空蒸發(fā)鍍膜方法，在目標(biāo)尺寸的微球陣列以及襯底表面上沉積選中的目標(biāo)材料，獲得目標(biāo)材料可控包覆的微球陣列與襯底表面的步驟中，
15、通過(guò)調(diào)控真空蒸發(fā)鍍膜方法中的工藝參數(shù)來(lái)可控包覆微球陣列與襯底表面；其中，工藝參數(shù)包括氣壓、沉積速率、襯底溫度和沉積時(shí)間。
16、本發(fā)明制備方法的進(jìn)一步改進(jìn)在于，
17、所述通過(guò)調(diào)控真空蒸發(fā)鍍膜方法中的工藝參數(shù)來(lái)可控包覆微球陣列與襯底表面的步驟中，氣壓為10-6~10-4torr，沉積速率為0.1~1?nm/s，襯底溫度為20~50?℃。
18、本發(fā)明制備方法的進(jìn)一步改進(jìn)在于，
19、所述目標(biāo)襯底為硅、砷化鎵、氮化鎵、碳化硅、鍺、藍(lán)寶石、石英、氮化鋁、金剛石、鈮酸鋰或玻璃。
20、本發(fā)明制備方法的進(jìn)一步改進(jìn)在于，
21、所述目標(biāo)材料為導(dǎo)體、半導(dǎo)體或絕緣體；其中，
22、所述導(dǎo)體為au、ag、cu、al、ti、cr、pt、ni、sn、w、mo或合金；
23、所述半導(dǎo)體為si、ge、gaas、gan、cds、cigs或inp；
24、所述絕緣體為al2o3、sio2、mgf2、tio2、si3n4或aln。
25、本發(fā)明第二方面，提供一種形狀規(guī)則納米圓孔陣列結(jié)構(gòu)，采用本發(fā)明第一方面中任一項(xiàng)所述的制備方法制備獲得。
26、本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)在于，形狀規(guī)則納米圓孔陣列結(jié)構(gòu)包括：目標(biāo)襯底以及目標(biāo)襯底上具有形狀規(guī)則納米圓孔陣列的薄膜。
27、本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)在于，所述形狀規(guī)則納米圓孔陣列中，d為原始納米微球直徑，d取值范圍為大于0且小于等于1000?nm；孔間距為d-d，d為納米圓孔的直徑，d小于d；孔厚度的取值范圍為大于0且小于h/2，h為刻蝕后微球高度。
28、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：
29、本發(fā)明公開(kāi)的制備方法中，利用lb（langmuir-blodgett）膜法進(jìn)行二維膠體晶體制備，工藝可重復(fù)性?xún)?yōu)秀，可在目標(biāo)襯底上高效可控地制備出聚苯乙烯納米微球組成的高質(zhì)量二維膠體晶體，具有大面積均勻密排、高覆蓋率、低缺陷率的特點(diǎn)，為大面積且排列均勻的圓孔陣列制備提供前提，克服了現(xiàn)有傳統(tǒng)膠體晶體制備方法（如旋涂法、氣液界面自組裝后手動(dòng)法獲取）存在的難以可重復(fù)制備、形成缺陷較多的不足；膠體晶體刻蝕工藝步驟中，采用icp（inductively?coupled?plasma?etching，電感耦合等離子體）刻蝕工藝，相較于其他刻蝕工藝方法，如氧等離子體去膠機(jī)刻蝕時(shí)存在微球聚集導(dǎo)致形成不均勻納米圓孔陣列的問(wèn)題、反應(yīng)離子刻蝕法則無(wú)法實(shí)現(xiàn)適當(dāng)速率下的低損傷刻蝕，不利于控制刻蝕形貌而導(dǎo)致形狀不規(guī)則，一致性差，本發(fā)明通過(guò)調(diào)控icp刻蝕工藝參數(shù)，能夠精確控制微球尺寸，獲得目標(biāo)尺寸的形狀規(guī)則、一致性高、排列均勻的微球陣列；在目標(biāo)尺寸的微球陣列以及襯底表面上沉積選中的目標(biāo)材料工藝步驟中，采用真空蒸發(fā)鍍膜技術(shù)，相較于其他沉積技術(shù)，如濺射鍍膜沉積時(shí)存在方向性差、無(wú)法剝離微球以及難以形成納米圓孔的問(wèn)題，本發(fā)明利用真空蒸發(fā)鍍膜技術(shù)沉積目標(biāo)材料，沉積方向性良好，對(duì)微球上表面半包覆，實(shí)現(xiàn)對(duì)微球及襯底表面的可控包覆，進(jìn)而可獲得形狀規(guī)則且厚度可控的納米圓孔陣列結(jié)構(gòu)?？偨Y(jié)性地，本發(fā)明技術(shù)方案充分結(jié)合三步工藝的優(yōu)勢(shì)，最終制備的納米圓孔陣列形狀規(guī)則、一致性高、排列均勻、尺寸可控，且可大面積低成本制備，克服了現(xiàn)有其他工藝方法制備時(shí)存在的高成本、形狀不規(guī)則、一致性差等問(wèn)題，形成了一套高效、低成本的形狀規(guī)則納米圓孔陣列結(jié)構(gòu)制備方案。
1.一種形狀規(guī)則納米圓孔陣列結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種形狀規(guī)則納米圓孔陣列結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種形狀規(guī)則納米圓孔陣列結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種形狀規(guī)則納米圓孔陣列結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種形狀規(guī)則納米圓孔陣列結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種形狀規(guī)則納米圓孔陣列結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種形狀規(guī)則納米圓孔陣列結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，
8.一種形狀規(guī)則納米圓孔陣列結(jié)構(gòu)，其特征在于，采用權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的制備方法制備獲得。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種形狀規(guī)則納米圓孔陣列結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括：目標(biāo)襯底以及目標(biāo)襯底上具有形狀規(guī)則納米圓孔陣列的薄膜。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種形狀規(guī)則納米圓孔陣列結(jié)構(gòu)，其特征在于，