熱壓印

熱壓印法的工藝過程分三步:壓模製備、壓印過程、圖形轉移。 在模具和聚合物間加大的壓力可以填充模具中的空腔。 熱壓印的缺點是需要高溫、高壓,且即使在高溫、高壓下很長時間,對於有的圖案,仍然只能導致聚合物的不完全位移,即不能完全填充印章的腔體。

熱壓工藝是在微納米尺度獲得並行複製結構的一種成本低而速度快的方法,僅需一個模具,完全相同的結構可以按需複製到大的表面上。
熱壓印法的工藝過程分三步:壓模製備、壓印過程、圖形轉移。其基本概念是用電子束刻印術或其他先進技術,把堅硬的壓模毛坯加工成一個壓模;然後在用來繪製納米圖案的基片上旋塗一層聚合物薄膜,將其放人壓印機加熱並且把壓模壓在基片上的聚合物薄膜上,再把溫度降低到聚合物凝固點附近並且把壓模與聚合物層相分離,就在基片上做出了凸起的聚合物圖案(還要稍作腐蝕除去凹處殘留的聚合物);圖形轉移是對上一步做成的壓印件,用常規的圖形轉移技術,把基片上的聚合物圖案轉換成所需材質的圖案。
首先是壓模製備,壓模通常用Si,SiO2,氮化矽、金剛石等材料製成[7,8]。這些材料具有很多優良的性質:高Knoop硬度、大壓縮強度、大抗拉強度可以減少壓模的變形和磨損;高熱導率和低熱膨脹係數,使得在加熱過程中壓模的熱變形很小。另外,重複的壓印製作會污染壓模,需要用強酸和有機溶劑來清潔壓模,這就要求製作壓模的材料是抗腐蝕的惰性材料。
壓模的製作通常用高分辨電子束刻印術(EBL),其過程是:先將做壓模的硬質材料製作成平整的片狀毛坯,再在毛坯上旋塗一層電子束曝光抗蝕劑,並用電子束刻印術刻制出納米圖案,然後用刻蝕、剝離等常規的圖形轉移技術,把毛坯上的圖案轉換成硬質材料的圖案。
然後壓印,用納米壓印術製作納米器件所用的基片,例如Si片、SiO2/Si片、鍍有金屬底膜的Si片等,與通常光刻工藝所用的沒什麼不同。熱壓主要步驟如下:
1)聚合物被加熱到它的玻璃化溫度以上 這樣可減少在模壓過程中聚合物粘性,增加流動性。只有當溫度到達其玻璃化溫度以上,聚合物中大分子鏈段運動才能充分開展,使其相應處於高彈態,在一定壓力下,就能迅速發生形變。但溫度太高也沒必要,因為這樣會增加模壓周期,而對模壓結構卻沒有明顯改善,甚至會使聚合物彎曲而導致模具受損;
2)施加壓力 聚合物被圖案化的模具所壓。在模具和聚合物間加大的壓力可以填充模具中的空腔。壓力不能太小,否則,不能完全填充腔體;
3) 模壓過程結束後,整個疊層被冷卻到聚合物玻璃化溫度以下,以使圖案固化,提供足夠大的機械強度;
4)脫模。
壓印後,原聚合物薄膜被壓得凹下去的那些部分便成了極薄的殘留聚合物層,為了露出它下面的基片表面,必須除去這些殘留層,除去的方法是各向異性反應離子刻蝕。
接下來進行的是圖案轉移。圖案轉移有兩種主要方法,一是刻蝕技術,另一種是剝離技術。刻蝕技術以聚合物為掩模,對聚合物下面層進行選擇性刻蝕,從而得到圖案。剝離工藝一般先採用鍍金工藝在表面形成一層金層,然後用有機溶劑進行溶解,有聚合物的地方要被溶解,於是連同它上面的金一起剝離.這樣就在襯底表面形成了金的圖案層,接下來還可以以金為掩模,進一步對金的下層進行刻蝕加工。
熱壓印相對於傳統的納米加工方法,具有方法靈活、成本低廉和生物相容的特點,並且可以得到高解析度、高深寬比結構。熱壓印的缺點是需要高溫、高壓,且即使在高溫、高壓下很長時間,對於有的圖案,仍然只能導致聚合物的不完全位移,即不能完全填充印章的腔體。

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