[发明专利]一种同步制造纳米凹坑阵列的跨尺度微纳结构加工方法

说明书

本发明属于加工技术领域，提供了一种同步制造纳米凹坑阵列的跨尺度微纳结构加工方法。将纳米颗粒分散在光刻胶中，通过光刻工艺形成厚度与纳米颗粒直径接近的光刻胶层，以含有纳米颗粒的图形化光刻胶层为掩膜对基底进行刻蚀，胶层中的纳米颗粒可被刻蚀液腐蚀或溶解，并逐渐形成纳米孔穴，刻蚀液透过纳米孔穴对基底进行刻蚀。本发明仅需一次光刻与腐蚀工艺，即可在基底上同时构建具有微米或几百纳米的功能结构以及在功能结构表面具有纳米特征尺寸的凹坑结构。简化了制造工艺流程、降低了加工成本，有利于批量化制造。

技术领域

本发明属于加工领域，具体涉及到一种同步制造纳米凹坑阵列的跨尺度微纳结构加工方法，以及采用了上述方法制造得到的微纳结构。

背景技术

微纳米加工技术的发展，使制备微纳米尺度的生物医学传感器、电化学传感器、声学传感器等器件成为可能，而这些微纳尺度的传感器在医学临床诊断、环境监测、气体检测等领域展现了不可替代的优势。而这些微纳传感器件，其结构特点在于，其功能结构的特征尺寸通常为微米或几百纳米级别。在传感器件的功能结构表面构建大量纳米尺寸的凹坑结构，这种跨尺度微纳结构进一步提高了传感器件灵敏度、增加抗体等功能分子的固着位点、增大表面积等特性。

这种跨尺度微纳结构的加工制造，通常采用分别制造的思路。通过光刻、刻蚀等常规微加工工艺得到微米尺度的结构；通过飞秒激光直写、纳米压印、化学修饰、物理吸附纳米粒子等工艺构建纳米尺度结构。制造工艺流程繁杂，加工效率低，不利于批量化制造。

鉴于上述的各种原因，需要一种工艺简单、成本较低的跨尺度微纳结构加工方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种新的跨尺度微纳结构加工方法。

本发明的技术方案：

一种同步制造纳米凹坑阵列的跨尺度微纳结构加工方法，包括以下步骤：

步骤S10：将纳米颗粒分散于光刻胶中；

步骤S20：在基底材料表面制备含有纳米颗粒的光刻胶层；

步骤S30：光刻胶层的图形化；

步骤S40：去除少部分光刻胶使胶层厚度小于纳米颗粒直径，使纳米颗粒顶端暴露出来；

步骤S50：刻蚀基底材料，得到表面具有纳米尺寸凹坑结构的微米级别结构；

步骤S60：去除光刻胶。

步骤S50中得到表面具有纳米尺寸凹坑结构的微米级别结构的工艺对基底材料、纳米颗粒和光刻胶的材质具有选择性，防止在去除裸露基底材料与纳米颗粒的同时将光刻胶一并去除；形成表面具有纳米尺寸凹坑结构的微米级别结构方法采取干法刻蚀、湿法腐蚀或激光刻蚀。

纳米颗粒特征尺寸与含有纳米颗粒的光刻胶层厚度均为几十～几百纳米级别，其中纳米颗粒材质具有后续步骤S50中能够被刻蚀液腐蚀或溶解掉的属性，选择金、银、铂、金属氧化物或水凝胶。

基底材料为硅、二氧化硅、金属、金属氧化物或其他为本领域技术人员所熟知的材料；所述的光刻胶为AZ系列胶、BN系列胶、SU-8胶或其它为本领域技术人员所熟悉的光刻胶材料。

步骤S40中去除少部分光刻胶采用等离子体轰击方法；所述的步骤S60中去除光刻胶采用丙酮腐蚀方法。

在步骤S10中，纳米颗粒要均匀分散于光刻胶，不能以大量纳米颗粒聚成集团的形式在光刻胶内存在，为了减少纳米粒子团聚，采用超声水浴、化学基团修饰或高温消磁方法。

其中步骤S20中，制备的含有纳米颗粒的光刻胶层的厚度为纳米级别，且与所采用的纳米颗粒特征尺寸相近，为了降低光刻胶层的厚度，采用在步骤S10配置的光刻胶时添加适当稀释溶液方法。