纳米锥的无掩膜刻蚀制造技术

中国科学院物理研究所研究团队针对纳米锥的低成本一致性和批量制造瓶颈问题，实现了表面纳米锥的无掩膜等离子体刻蚀制造技术，通过控制温度场、离子能量及表面离子溅射过程，优化关键制造工艺，实现了表面纳米锥的大面积、一致性、普适性和可控性制造[195-197]。

该团队研制了无掩膜等离子体刻蚀装置，提出了双等离子体区域、灯丝排列形状和偏压控制电源等关键部件的优化设计方法，发展了表面纳米锥的无掩膜刻蚀自主技术，获得表面纳米锥无掩膜可控制造的关键工艺，实现了纳米锥的大面积（4英寸）、密度一致性（~5%）、可控性（锥高0.2~3 μm、锥角15°~45°、锥密度106以上）、普适性（适合多种材料）、图形化和批量制造。研究了表面纳米锥光电特性及应用，实现了宽波段超抗反射特性（反射率低于1%）、优异稳定的电子场发射特性（电流密度最大超过10 mA/cm2）、宽波段光探测和高灵敏传感（灵敏度提高5倍），具有增强表面增强拉曼散射效应（场增强因子>108以及>5 nM的检测能力）和可控的超浸润特性（从超亲水到超疏水且超黏附特性），且可作为三维电极结构应用到超级电容和锂电池中，极大提高能源器件的整体性能（可循环使用1万次）。部分结果如图7.5。

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图7.5 表面纳米锥结构无掩膜可控制造

（a）无掩膜等离子体刻蚀纳米锥形成原理；（b）硅纳米锥结构作为功能模板；（c）金属纳米锥阵列结构表面增强拉曼散射特性