基于二维胶体晶体刻蚀法的纳米颗粒阵列

悬浮液中的胶体球在一定条件下能够自组装成二维胶体晶体，以此为掩膜可合成纳米颗粒阵列体系，其颗粒形状、尺寸以及间距等参数易于控制。调整这些参数和相应的介质环境可以实现对颗粒阵列体系性质的有效控制，这也为研究尺寸效应提供了便利，且在一些具有特殊功能的纳米器件方面具有潜在的应用价值。文章重点介绍了这种阵列体系的合成过程、结构形态和性质，并展望了其应用前景。     

胶体晶体和基于胶体晶体的纳米结构

胶体晶体及基于胶体晶体的各种纳米结构的制备和物理性质是近来物理学和材料科学共同关注的一个热点，文章简要阐述了胶体颗粒间的基本相互作用，着重介绍了各种胶体晶体的制备方法；结合我们近期的工作，综合评述了胶体晶体在二维纳米颗粒阵列、二维有序孔单层膜及三维光子晶体等纳米结构材料研究中的应用，并对未来的发展进行了展望。     

二维胶体晶体刻蚀法及其应用

二维胶体晶体刻蚀法合成二维有序纳米颗粒阵列具有操作简单、成本低、易于实现规模化的优点，它可方便地控制纳米颗粒阵列的形态（即颗粒的间距、尺寸、形状甚至成分等），从而实现阵列性质的大范围调制。而二维胶体晶体的合成是这种刻蚀技术的关键，文章着重介绍其形成的基本过程、影响因素及其合成技术；概述胶体晶体刻蚀技术的应用，并对此进行展望。     

纳米球刻蚀法制备的二维有序的CdS纳米阵列及其光学性质的研究

采用纳米球刻蚀(nanosphere lithography)技术,以自组装的聚苯乙烯纳米小球(polystyrene,PS小球)的单层膜为掩模,制备出二维有序的CdS纳米阵列.利用扫描电子显微镜(SEM)对样品结构进行了表征,用紫外—可见分光光度计对样品光学性质进行了分析.结果表明：制备的二维CdS纳米阵列是高度有序的,且与作为掩模的纳米小球的原始尺寸及排布结构一致;禁带宽度为2.60eV,相对于体材料的2.42eV,向短波长蓝移了0.18eV,表现出CdS材料在纳米结构点阵中的量子尺寸效应;CdS纳米 关键词： 纳米球刻蚀 二维CdS纳米有序阵列     

利用胶体小球掩蔽刻蚀技术制备的半导体纳米阵列的场电子发射特性

利用胶体小球掩蔽刻蚀技术,制备了单晶硅纳米阵列,利用原子力显微镜观察了硅阵列的表面形貌,实验结果表明,硅柱阵列具有高密度和较好的均匀性。同时研究了单晶硅纳米阵列的场电子发射特性。为了提高样品的场发射性能,在所制备的单晶硅有序纳米阵列上生长了一层非晶碳薄膜。与单晶纳米硅柱阵列相比,覆盖有非晶碳膜的样品的场电子发射特性有了明显的改善,表现在场发射的开启电场下降,同时场发射增强因子得到增加。结果表明非晶碳膜确实能够降低电子发射的表面有效势垒,从而增强了场电子发射特性。     

有序金纳米颗粒阵列的制备及光吸收特性研究

采用纳米球刻蚀技术中漂移法在玻璃基片上制备较大 面积不同直径的聚苯乙烯小球掩模板, 采用磁控溅射技术在掩模板上沉积不同厚度的金薄膜, 去除聚苯乙烯小球后, 通过扫描电子显微镜观察到周期排列的三角状金纳米颗粒点阵. 通过紫外-可见分光光度计测试所制备样品的光吸收特性, 发现表面等离子体共振峰随粒径增大发生红移, 随金纳米颗粒高度增加发生蓝移. 基于Mie理论, 利用Matlab软件编程对不同粒径的金阵列光吸收特性进行理论模拟, 并与实验结果进行对比. 关键词： 纳米球刻蚀 金纳米颗粒阵列 表面等离子体共振     

大高宽比纳米硅立柱的感应耦合等离子体刻蚀工艺优化

针对氢基硅倍半氧烷(hydrogen silsesquioxane,HSQ)作为深反应离子刻蚀(DRIE)掩膜形成大高宽比纳米硅立柱的工艺进行了系统研究。优化了刻蚀工艺中线圈功率、极板功率和气体流量参数,减小了横向刻蚀,使形貌垂直性得到了更好的控制,并实现了13.3 m高度和低侧壁粗糙度的垂直硅纳米柱阵列,其高宽比（高度/半高宽）达到了36。利用不同的刻蚀工艺条件得到了不同侧壁形貌以及不同尺寸、高度的硅纳米柱结构。     

大高宽比纳米硅立柱的感应耦合等离子体刻蚀工艺优化

针对氢基硅倍半氧烷(hydrogen silsesquioxane,HSQ)作为深反应离子刻蚀(DRIE)掩膜形成大高宽比纳米硅立柱的工艺进行了系统研究。优化了刻蚀工艺中线圈功率、极板功率和气体流量参数,减小了横向刻蚀,使形貌垂直性得到了更好的控制,并实现了13.3 m高度和低侧壁粗糙度的垂直硅纳米柱阵列,其高宽比（高度/半高宽）达到了36。利用不同的刻蚀工艺条件得到了不同侧壁形貌以及不同尺寸、高度的硅纳米柱结构。     

基于电泳法和磁控溅射技术制备金纳米阵列

采用纳米球刻蚀技术中的电泳法设计了3组对照实验,通过控制电压、悬浮液的体积分数和基板正负极性,得到电泳法制备纳米球掩膜板的最佳条件,制备出排布均匀的纳米球单层密堆积结构的掩膜板.采用磁控溅射技术在掩膜板上沉积金薄膜,去除纳米球掩模板,通过扫描电子显微镜观察到周期排列的三角形棱台状金纳米颗粒阵列.测量其吸收光谱,可观察到表面等离子体共振吸收峰.     

硅纳米线尖端阵列的制备及其场发射性能研究

将银镜反应与金属催化化学刻蚀相结合,在室温附近成功地制备出了硅纳米线尖端阵列,其长度为4~7μm,中间部分的直径在100~300nm之间。该方法操作简单、高效、无毒、可控以及低成本,且不需要高温、复杂的设备,对环境也没有特殊要求。性能测试结果显示:该硅纳米材料能够有效实现电子发射,开启电场约为2.7V/μm(电流密度10μA/cm2处);硅纳米尖端阵列的场增强因子约为692,可应用在场发射器件之上。     

Fabrication of large-scale periodic silicon nanopillar arrays for 2D nanomold using modified nanosphere lithography

We present a fabrication procedure that can form large-scale periodic silicon nanopillar arrays for 2D nanomold which determines the feature size of nanoimprint lithography, using modified nanosphere lithography. The size of silicon nanopillars can be easily controlled by an etching and oxidation process. The period and density of nanopillar arrays are determined by the initial diameter of polystyrene (PS) spheres. In our experiment, the smallest nanopillar has a full width half maximum (FWHM) of approximately 50 nm, and the density of silicon pillar is ∼10⁹/cm². Using this approach, it is possible to fabricate 2D nanoimprint lithography mask with 50 nm resolution.     

Morphology control and electron field emission properties of high-ordered Si nanoarrays fabricated by modified nanosphere lithography

High-ordered silicon nanoarrays were prepared using direct nanosphere lithography combined with thermal oxidation. Atomic force microscope (AFM) images of the silicon arrays show that the patterns of polystyrene (PS) template are well transferred to the silicon surface. The size and morphology of the nanoarrays can be controlled effectively by varying the plasma-therm reactive ion etching (RIE) or thermal oxidation parameters. The field emission studies revealed that the typical turn-on field was about 7-8 V/μm with emission current reached 1 μA/cm². It is also found that the field emission current is highly dependent on the morphology of these Si nanoarrays.     

花状纳米金结构阵列的工艺制备与拉曼增强研究

基于纳米球光刻技术制备了一种花状纳米金结构阵列,经过PS509 nm球旋凃和ICP氧刻蚀,再通过镀金膜与高温退火工艺,纳米球阵列的表面被粗糙化,进而形成了一种鳞状的花状阵列 。FDTD仿真结果表明,制备的这种阵列具备很高的电磁场增强特性,主要的增强集中于纳间隙的边缘处。以罗丹明 6G染料为探针分子测试基底的拉曼效应,与金基底的拉曼信号相比,该纳米结构阵列拉曼增强效应明显,对罗丹明 6G的检测极限达到了10-6 mol/L的水平。     

电阻热蒸发镀膜与电子束蒸发镀膜对纳米球刻蚀方法制备二维银纳米阵列结构的影响

在使用纳米球刻蚀法制备二维银纳米点阵的过程中,使用不同的镀膜方法在同样的模板上得到了不同形貌的银纳米阵列结构.使用电阻热蒸发镀膜方法获得了六角排列的银纳米三角形阵列结构,使用电子束蒸发镀膜方法则获得了六角排列的银纳米环阵列结构.研究表明,沉积纳米粒子的粒径、表面纳米曲率效应和热能是形成不同结构形貌的纳米阵列结构的关键因素. 关键词： 银纳米阵列 电阻热蒸发 电子束蒸发 纳米球刻蚀     

Effect of chromium interlayer deposition on periodic silver nanoparticle array structure fabricated by nanosphere lithography

Effect of chromium interlayer deposition on 2-dimensional, periodic silver nanoparticle array structure was systematically investigated. The silver nanoparticle array was fabricated by nanosphere lithography with assembled polystyrene nanospheres being as a deposition mask. The chromium interlayer was deposited by thermal evaporation either on the nanosphere mask or directly on the silicon substrate. The structures of the achieved silver nanoparticle arrays were characterized by scanning electron microscope and were compared with that of silver nanoparticle array without the interlayer. With analysis of the anomalies among the structures the critical role of the interlayer in the periodic nanoparticle array fabrication was revealed.     

铬过渡层位置及金属沉积角度对纳米球刻蚀法制备二维银纳米点阵结构的影响

利用纳米球刻蚀法制备了二维六角密排三角形银纳米阵列, 通过加入铬过渡层并改变其位置和改变金属沉积角度, 研究它们对点阵结构的影响. 实验发现, 加入铬过渡层所形成的银纳米点阵结构较无铬层有很大改善, 三角形角部更加尖锐, 更能满足传感器对信号检测的要求. 同时, 该过渡层应蒸镀在模板球排列之后, 才能获取更大面积的二维银纳米点阵结构. 在沉积角度对制备二维银纳米点阵的实验中, 基片没有旋转, 采用垂直镀膜方式更容易得到结构完整、结合较牢固、且面积较大、角部尖锐的二维银纳米点阵. 吸收光谱测量进一步验证了铬过渡层对二维银纳米点阵形貌结构的改善作用. 这些为下一步的生物修饰以及生物化学传感器的制备提供了先决条件.     

准晶结构的激光全息人工制作

报道了用激光全息刻写技术结合感光聚合材料体系制作介观尺度二维准周期结构(准晶). 并在前期工作的基础上，研究了不同曝光量对二维空气柱孔径的影响，不同偏振对准晶结构花样的影响. 实验结果显示，可以制作的二维准晶的空气柱孔径可达100nm，而且结构均匀，无缺陷面积大. 用此实验系统可以制作多种花样二维甚至是三维准晶结构. 目前，除激光全息刻写技术外，用其他传统精密机械加工技术来人工制作介观准晶体尚存在很大挑战性. 关键词： 准晶结构 光子晶体 激光全息技术     

Aqueous phase Ag nanoparticles with controlled shapes fabricated by a modified nanosphere lithography and their optical properties

We have developed a modified nanosphere lithography (NSL) process to fabricate surface-confined Ag nanoparticles (NPs) with controlled shapes. NPs with different shapes, such as triangular, quadrilateral, pentagon or trapezoidal with rounded tips or edges, can be fabricated by this process. These Ag NPs can be dislodged into water forming NPs in an aqueous environment. The developed process results in better NP shape retaining than those obtained using the routine NSL process. The UV-vis absorption of the surface-confined Ag NPs show distinct blue shift and reduced intensity after surface modification. The NPs produced by the modified NSL and dislodged in water have significantly less density of debris as observed by transmission electron microscopy and UV-vis absorption spectrum.     

Control of ZnO nanowire arrays by nanosphere lithography (NSL) on laser-produced ZnO substrates

Nanosphere lithography (NSL) is a successful technique for fabricating highly ordered arrays of ZnO nanowires typically on sapphire and GaN substrates. In this work, we investigate the use of thin ZnO films deposited on Si by pulsed laser deposition (PLD) as the substrate. This has a number of advantages over the alternatives above, including cost and potential scalability of production and it removes any issue of inadvertent n-type doping of nanowires by diffusion from the substrate. We demonstrate ordered arrays of ZnO nanowires, on ZnO-coated substrates by PLD, using a conventional NSL technique with gold as the catalyst. The nanowires were produced by vapor phase transport (VPT) growth in a tube furnace system and grew only on the areas pre-patterned by Au. We have also investigated the growth of ZnO nanowires using ZnO catalyst points deposited by PLD through an NSL mask on a bare silicon substrate.