在本文中，使用電感耦合等離子體(ICP)蝕刻方法進行了陣列制作鐵氧化物納米點的生物納米過程，ICP法是一種很有前途的方法，用于半導(dǎo)體圖案化的干蝕刻方法，這種方法的特點是通過安裝在反應(yīng)室頂部的天線線圈使等離子體高度致密。此外，與其他方法相比，由于低等離子體能量，可以預(yù)期對蝕刻表面的低損傷，使用這種ICP蝕刻，檢查了由陣列產(chǎn)生的離散鐵納米點氧化物的可能性，生物納米工藝被用作干法蝕刻的納米尺寸圖案化掩模。

用高分辨型FE-SEM觀察了鐵蛋白分子的單層結(jié)構(gòu)，蛋白質(zhì)消除前的SEM圖像沒有顯示核心的清晰圖像，因為核心周圍的蛋白質(zhì)殼減弱了氧化鐵核心的二次電子發(fā)射的強度，在UV-臭氧處理后，SEM圖像變得更清晰，并顯示出離散的核或納米點，如下圖所示。納米點的順序不是很好，但是清楚地觀察到放置在硅晶片上的陣列離散的6nm離子氧化物核，因為SEM不能直接觀察蛋白質(zhì)部分，所以通過FTIR研究蛋白質(zhì)的存在。

在UV-臭氧處理后，氮的XPS信號消失，并且?guī)缀鯖]有與背景水平相同的碳信號，這些FTIR和XPS結(jié)果表明蛋白質(zhì)殼被完全去除。之前在接觸模式下的AFM觀察表明氧化鐵納米點對硅晶片的粘附力較弱，并且在ICP蝕刻期間，具有高能量的離子化分子有可能撞擊納米點并移動或濺射掉它們。因此首先研究了IPC蝕刻對離散氧化鐵納米點陣列穩(wěn)定性的影響，使用表中的條件A對具有氧化鐵納米點的硅片進行ICP蝕刻，蝕刻時間從1.5分鐘到25分鐘不等。

上圖總結(jié)了樣品的SEM圖像，蝕刻2.5分鐘后，氧化鐵納米點聚集，每個聚集體包含幾個納米點，這一結(jié)果表明，在條件A中產(chǎn)生的電離分子不是濺射掉氧化鐵納米點，而是移動它們進行聚集，聚集體的尺寸很小，氧化鐵納米點僅移動了幾十納米，氧化鐵納米點的表面能可能是聚集的原因，聚集體中的納米點在蝕刻5分鐘之前是可檢測的，但是在更長的蝕刻之后它們變得模糊，較長的ICP蝕刻以納米點聚集的速度產(chǎn)生白色葉狀結(jié)構(gòu)，并且它們與蝕刻時間成比例地變大，蝕刻25分鐘后，白色葉狀結(jié)構(gòu)變成具有約30 nm寬線條的迷宮圖案，這與原始納米點陣列無關(guān)。該結(jié)果表明迷宮圖案或葉狀結(jié)構(gòu)僅由ICP蝕刻工藝形成。

為了研究葉狀蝕刻誘導(dǎo)結(jié)構(gòu)的成分，XPS 進行了測量，記錄了來自硅、碳、鐵和氟的信號。在顯示了CF2和Fls峰附近的XPS數(shù)據(jù)中，每個信號代表在ICP蝕刻(條件A)和用于去除氧化鐵核的附加HCl處理之前、之后來自樣品的信號，ICP蝕刻前樣品的信號顯示在CF2和F1s處沒有峰，ICP蝕刻后樣品的信號顯示F1s峰。

ICP蝕刻后的圖像至少由F原子組成，氟原子的存在與早期文獻報道的在CHF、ICP蝕刻過程中CF膜的形成是一致的，由于這種CF膜可以用作ICP蝕刻的掩模，所以圖中看到的迷宮圖案CF結(jié)構(gòu)。 HCl處理容易去除CF膜、葉狀結(jié)構(gòu)和氧化鐵納米點，HCl處理后的SEM圖像顯示了離散點和較大平臺的組合。該結(jié)果表明單個氧化鐵點用作蝕刻掩模；另一方面，平臺被認為是由以下過程產(chǎn)生的，被納米點聚集體覆蓋的區(qū)域被CF膜進一步覆蓋，這種氧化鐵點和CF膜用作蝕刻掩模，在條件D的情況下，CF與O2的比率較小，蝕刻速率降低，但是沒有觀察到CF形成的顯著降低，從這些結(jié)果來看，在條件C下蝕刻兩分鐘半得到最好的結(jié)果。

眾所周知，在CHF的情況下，將樣品保持在低溫將導(dǎo)致更高的各向異性蝕刻；ICP蝕刻，使用條件E進行蝕刻，除了樣品架溫度之外，條件E與條件E相同，支架由液氦從背面冷卻，樣品保持在190 K 蝕刻后樣品的SEM圖像。在HCl處理之前，存在葉狀結(jié)構(gòu)，其與圖中看到的相同，這些容易通過HCl處理去除，并且樣品表面顯示出離散點和較大平臺的組合，與條件c的情況相同，離散點看起來更高或看起來呈錐形，而不是圓盤。在刻蝕速率不變的情況下，低溫增強了各向異性刻蝕，產(chǎn)生了錐形結(jié)構(gòu)。

SEM圖像顯示，在短蝕刻時間的情況下，納米點聚集，在較長蝕刻時間后，納米點形成葉狀結(jié)構(gòu)，它們與蝕刻時間成比例增長，卡莉迷宮圖案和線寬可由鐵蛋白的老化圖案決定，然后進一步的蝕刻離子流導(dǎo)致富CF或F膜的形成，該過程被認為導(dǎo)致具有更寬線寬的迷宮圖案，為了避免形成厚的CF膜，短的蝕刻時間是有效的，所有被測條件下的刻蝕速率都不足以制備納米柱，CF膜或類love結(jié)構(gòu)總是在清晰的蝕刻結(jié)構(gòu)形成之前形成，2分半鐘的蝕刻時間，只制作出點狀結(jié)構(gòu)而非柱狀，納米蝕刻需要對ICP蝕刻條件進行更全面的調(diào)查，相同的腐蝕條件但在190 K下可以產(chǎn)生錐形峰，以及HCl處理后的平臺，錐形峰的尺寸略大于離子氧化物納米點的尺寸，這表明錐形峰是用納米點掩模腐蝕產(chǎn)生的，盡管蝕刻速率低，1納米/分鐘，但通過SEM仍可觀察到錐形的高度，原因尚不清楚，但初始階段的蝕刻速率可能大于較長蝕刻時間的蝕刻速率。

從獲得的所有數(shù)據(jù)判斷，可以合理地宣稱直徑為6nm的納米點可以用作納米尺寸的干法蝕刻掩模，并且可以產(chǎn)生直徑為10nm或更小的納米柱，還聲稱納米點陣列具有用作納米尺寸圖案化掩模的潛力，這種納米蝕刻適用于各種類型的納米結(jié)構(gòu)，一個例子是量子納米盤，如果制備在非常淺的位置具有薄導(dǎo)電層的非導(dǎo)電襯底并用納米點掩模蝕刻，則獲得的納米柱將具有導(dǎo)電納米盤，由于柱體直徑由氧化鐵點的大小決定，且導(dǎo)電層的厚度易于控制，因此可以設(shè)計導(dǎo)電納米盤的直徑和厚度，這將為量子阱的制備提供一種新的途徑。

利用生物納米工藝制備的硅片上的氧化鐵納米點陣列作為納米尺寸的圖案掩模，用于ICP干法刻蝕，在190K下的ICP蝕刻可以產(chǎn)生錐形結(jié)構(gòu)，并且證明了離散的氧化鐵納米點陣列可以用作納米尺寸的圖案掩模，ICP刻蝕和由生物納米工藝產(chǎn)生的納米刻蝕掩模的結(jié)合具有制作納米結(jié)構(gòu)或量子阱的巨大潛力。

審核編輯：符乾江