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(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN108766883A(43)申请公布日2018.11.06(21)申请号201810608753.9(22)申请日2018.06.13(71)申请人中国科学技术大学地址230026安徽省合肥市包河区金寨路96号(72)发明人刘颖陈德康洪义麟(74)专利代理机构北京科迪生专利代理有限责任公司11251代理人杨学明贾玉忠(51)Int.Cl.H01L21/3065(2006.01)B81C1/00(2006.01)B82Y40/00(2011.01)权利要求书2页说明书7页附图5页(54)发明名称一种具有锯齿轮廓自组织纳米结构的离子轰击制备方法(57)摘要本发明涉及一种具有锯齿轮廓自组织纳米结构的离子轰击制备方法,通过氩离子束轰击与同时的杂质沉积相结合,可以直接在光滑熔石英表面诱导产生一定有序性、锯齿轮廓形状、周期在一百纳米左右的自组织纳米结构,是一种简单、经济的高效产生具有百纳米量级周期的类闪耀光栅结构的自组织纳米结构制作技术。本发明通过调节离子轰击时离子束的参数(如:轰击时间、离子束入射角等),可以调控所获得纳米结构的特征尺寸。本发明给出了离子束参数调节的优选范围、以及杂质靶材料的优选原则。本发明的方法还适用于单晶硅样品等多种固体材料,并且所用离子束可以来自氦、氖、氩、氪和氙等其中的一种惰性气体离子。CN108766883ACN108766883A权利要求书1/2页1.一种具有锯齿轮廓自组织纳米结构的离子轰击制备方法,其特征在于:所述锯齿轮廓自组织纳米结构的特点为:在其横截面轮廓曲线上,每个图形周期内均具有两个刻面,刻面与样品表面的夹角称为刻面角,刻面角的正切值称为刻面斜率,则锯齿轮廓具有两个符号相反的刻面斜率,即直观理解为单个周期图形为三角形、整体图形呈现锯齿状,类似于闪耀光栅结构;但由于锯齿轮廓自组织纳米结构的周期性达不到闪耀光栅结构的水平,因此称所述锯齿轮廓自组织纳米结构为类闪耀光栅结构;该方法包括如下步骤:步骤(1)将待加工的样品与杂质靶按照一定的几何关系固定在一起,再固定到离子轰击设备的样品台上;离子轰击设备采用15cm口径考夫曼离子源;所述杂质靶的材料为可在离子轰击作用下与样品产生稳定化合物的杂质材料;步骤(2)将离子轰击设备抽真空至1.7×10-3Pa;通惰性气体,利用气体质量流量计控制惰性气体流量,使得工作真空度稳定在1.9×10-2Pa;样品台冷却水维持在20℃以下;步骤(3)开启离子源,开始离子轰击实验,离子束不但轰击样品表面,还会同时轰击杂质靶的表面,形成杂质材料在样品表面的沉积,通过调节离子轰击时离子束的参数、杂质靶与样品表面的夹角,最终在样品表面上产生不同特征尺寸的锯齿轮廓自组织纳米结构;所述离子束的参数包括但不限于:离子束能量E(eV)、束流密度J(μA/cm3)、离子束通量φ(ionscm-2)、离子轰击时间t(min)、离子束入射角θ(°);所述离子束入射角θ为离子束和样品表面法线方向的夹角;所述特征尺寸包括但不限于:锯齿轮廓的刻面角α、锯齿轮廓的周期λ、振幅h;在束流密度J确定的条件下,离子束通量φ与离子轰击时间t成正比,表示为φ∝t,离子束通量φ的变化与离子轰击时间t的变化,对锯齿轮廓自组织纳米结构的周期λ和振幅h的影响效果等同;在离子轰击时间t确定的条件下,离子束通量φ与束流密度J成正比,表示为φ∝J,离子束通量φ的变化与束流密度J的变化,对锯齿轮廓自组织纳米结构的周期λ和振幅h的影响效果等同。2.根据权利要求1所述的具有锯齿轮廓自组织纳米结构的离子轰击制备方法,其特征在于:所述步骤(3)中采用下面方式之一在样品表面上产生不同特征尺寸的锯齿轮廓自组织纳米结构:(31)固定离子束能量E、束流密度J、离子轰击时间t,以不同离子束入射角θ分别对待加工的样品进行离子轰击实验,以获得不同刻面角α的锯齿轮廓自组织纳米结构;(32)固定离子束能量E、束流密度J、离子束入射角θ,在不同离子轰击时间t下分别对待加工的样品进行离子轰击实验,此时离子束通量φ∝t,可获得不同周期λ和振幅h的锯齿轮廓自组织纳米结构;(33)固定离子束能量E、离子束入射角θ、离子轰击时间t,在不同束流密度J分别对待加工的样品进行离子轰击实验,此时,离子束通量φ∝J,可获得不同周期λ和振幅h的锯齿轮廓自组织纳米结构;(34)固定束流密度J、离子束入射角θ、离子轰击时间t,在不同离子束能量E下分别对待加工的样品进行离子轰击实验,此时,图形特征周期λ与离子束能量E呈正相关关系,可获得不同周期λ的锯齿轮廓自组织纳米结构。3.根据权利要求1所述的具有锯齿轮廓自组织纳米结构的离子轰击制备方法,其特征在于:所述待加工的样品包括但不限于以下任意一种固体材料样品:熔石英(S