[发明专利]悬浮金属纳米间隙对结构的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及纳米间隙领域，特别是涉及一种悬浮金属纳米间隙对结构的制备方法。

背景技术

金属纳米间隙对，或纳米间隙电极对，是具有纳米尺寸间隙的金属电极结构。它可以作为纳米尺度器件或电路的基石，同时对于纳米尺度尤其是分子尺度的材料物性研究是一种尤为重要的工具。在光学方面，纳米间隙对结构中的等离激元耦合效应具有将光能集中于亚波长尺寸的能力，从而导致电磁场几个数量级幅度的增强。这种间隙中较强的近场增强有望应用于表面增强拉曼散射、非线性光学、荧光增强、单分子探测等诸多领域。更值得一提的是，随着技术的不断突破，结构的尺寸突破经典尺度的极限到达量子范畴，光整合、等离激元的电子发射等现象均会发生，将更有利于未来等离激元光子学与电子学的整合。而从半导体工艺的发展来看，由于对器件小型化和高密度的要求，分子器件以其突出的小尺寸和低能耗，有望被广泛应用于电子电路中。通过在间隙之间放置特定分子，即可获得具有特殊机械、光学、电学和热电性质的分子元器件。同时，纳米间隙对可作为电极，将分子与宏观电路相连接，从而真正实现微电子器件的小型化。

在纳米结构加工方面，虽然基于电子束曝光等传统加工技术已经可以实现尺寸小至10nm的纳米结构的加工，但是它们对于可重复性且可靠地制备特征尺寸小于20nm的纳米结构仍然存在限制。现在已开发出的诸多纳米间隙对的制备方法，包括机械力断裂、电迁移断裂、电镀/化学镀、透射电子束曝光、选区刻蚀和聚焦离子束刻蚀等，然而上述工艺都或多或少存在不足之处，如利用电迁移断裂制备的纳米间隙对在后续的透射电镜和电学测试中易形变。而且制备的间隙形貌不规则、间隙间有碎屑或其他污染物、与微电子工艺不兼容等因素始终限制着纳米间隙对结构应用的快速发展。因此继续开发新的纳米间隙对的制备工艺十分必要。

发明内容

本发明的一个目的是针对现有技术中存在的上述缺陷，提供一种新的悬浮金属纳米间隙对结构的制备方法，以获得可重复性好、稳定性好的悬浮金属纳米间隙对结构。

特别地，本发明提供了一种悬浮金属纳米间隙对结构的制备方法，包括以下步骤：

s1、在清洗好的硅(100)衬底基片上，沉积预定厚度的氮化硅薄膜；

s2、旋涂光刻胶，采用电子束曝光方法在所述光刻胶上制备具有预定图形的纳米桥结构；

s3、采用反应离子刻蚀方法将所述图形转移至所述氮化硅薄膜上，得到纳米间隙对结构；

s4、采用湿法腐蚀方法部分去除所述纳米间隙对结构下的硅，得到悬浮的纳米间隙对结构；

s5、采用镀膜方法在所述悬浮的纳米间隙对结构上沉积一层金属薄膜，从而获得悬浮金属纳米间隙对结构；

其中所述(100)为硅的晶面。

进一步地，所述s1中所述硅(100)衬底清洗依次采用丙酮、酒精、去离子水进行超声清洗，清洗时间各3-5min，最后用氮气吹干。

进一步地，所述硅(100)衬底清洗后放置于热板上烘烤5-10min。

进一步地，所述s1中所述氮化硅薄膜的厚度为200nm。

进一步地，所述s2中所述光刻胶为对电子束敏感光刻胶；旋涂所述光刻胶后，放置于热板上烘烤1-2min；

可选地，烘烤温度为180℃。

进一步地，所述s2中通过修改所述纳米桥的宽度和长度调节所述纳米间隙对结构的尺寸；曝光后进行显影和定影；

可选地，显影时间为40s，定影时间为30s。

进一步地，所述s3中所述反应离子刻蚀方法采用CHF₃和O₂刻蚀；

可选地，腔内气压为55mTorr，CHF₃流量为50sccm，O₂流量为5sccm，射频功率为250W，刻蚀时间为4-5min。

进一步地，所述s4中所述湿法腐蚀方法采用的腐蚀液为对硅衬底有各向异性腐蚀效果的腐蚀溶液；腐蚀完毕后用氢氟酸稀释液清洗2-3min。

进一步地，所述腐蚀液为氢氧化钾和异丙醇的混合溶液；

可选地，氢氧化钾固体和水的质量比为1:4，异丙醇与水的体积比为1:8，腐蚀温度为90℃，腐蚀时间为2-3min。

进一步地，所述s5中沉积的金属可以附着在所述纳米间隙对结构的正面和侧面；

可选地，所述金属是金或银。