CN102320132A - 一种电场诱导液溶胶微复型的工艺 - Google Patents

Abstract

一种电场诱导液溶胶微复型的工艺，利用光刻工艺制造出具有一定图形结构的导电模板，在其表面制备一层保护层，选择导电材料作为基材，利用有机溶剂清洗其表面，然后施加压力将处理好的导电模板紧压在基材上，导电模板的支撑部分接触基材，将导电模板与基材置于液溶胶环境中，外接直流电源，在液溶胶中产生相应的电场分布，带电的溶胶颗粒在电场作用下定向移动，进而与基材接触，失去电性沉积成型，得到成型微纳结构，最后除去多余的液溶胶，脱去导电模板，以80-160℃后烘得到的成型微纳结构，本发明能够实现与模板图形对应的微纳结构复型，可广泛应用于各种MEMS/NEMS器件的加工。

Description

一种电场诱导液溶胶微复型的工艺

技术领域

本发明属于微纳制造技术领域，具体涉及一种电场诱导液溶胶微复型的工艺。

背景技术

传统光学光刻工艺是利用不同波长的光波，透过具有一定图形结构的掩模板进行可控曝光，将掩模板上的图案转移到涂覆在基材上的光刻胶上。最后通过显影，得到图形化的光刻胶图形。此种工艺方法在半导体制造领域得到了成熟的发展，在微纳制造领域占据统治地位。但是，由于微纳结构特征尺寸越来越小，传统光学光刻需要更短波长的光波来满足尺寸需求，其在深亚微米乃至纳米级的制造工艺复杂而且设备及其昂贵。

为了适应更小线宽结构特征尺寸的大规模制作，微纳米压印工艺得到了快速发展。该工艺采取机械复型的原理，通过外在压力将具有一定图形的模板压入液态的阻蚀胶中，固化阻蚀胶，脱去模板，即可到到所需的微纳尺寸结构。该工艺生产效率高，简单易行，但是仍旧存在不可忽视的缺陷：(1)压印过程中，需要施加兆帕级别的压强，容易造成模板的变形，偏移，导致复型结构的缺陷；(2)该工艺中脱模时容易造成结构的断裂、变形，也不利于得到均匀的微纳结构。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种电场诱导液溶胶微复型的工艺，能够实现与模板图形对应的微纳结构复型。

为达到上述目的，本发明采取的技术路线为：

一种电场诱导液溶胶微复型的工艺，包括下列步骤：

1)加工微复型过程所需的模板：利用光刻工艺制造出具有一定图形结构的导电模板，在其表面制备一层保护层，即溅射一层SiO₂或是旋涂一层与液溶胶不溶的树脂，保护层厚度为微米级至纳米级，

2)基材的处理：选择导电材料作为基材，导电材料包括ITO玻璃或金属，利用有机溶剂清洗其表面，

3)施加5-15MPa将处理好的导电模板紧压在基材上，导电模板的支撑部分接触基材，然后将导电模板与基材置于液溶胶环境中，外接80-200V直流电源，通电时间为0.5-3h，在液溶胶中产生相应的电场分布，带电的液溶胶颗粒在电场作用下定向移动，进而与基材接触，失去电性沉积成型，得到成型微纳结构，所述的液溶胶为环氧树脂、丙烯酸树脂或是聚氨酯等阴极液溶胶，

4)成型微纳结构的后处理：除去多余的液溶胶，脱去导电模板，以80-160℃后烘得到的成型微纳结构。

上述的电场诱导液溶胶微复型的工艺不需要特殊波长的光波，因此不存在传统光学光刻工艺中波长的限制。在成型过程中，施加的外部压力仅仅是保证模板与基材的接触，避免了巨大的外部压力带来的错位、偏移等缺陷，形成的微纳图形在电场限制下不会与模板接触，不存在脱模导致的结构断裂和变形。由于该工艺不需要特殊的加工工艺和昂贵的加工设备，可以提高生产效率，降低加工成本，通过改变导电模板的形状，可以改变电场分布，从而复制出与模板图案相对应的微纳结构。

本发明的技术方案，可广泛应用于各种MEMS/NEMS器件的加工，如微流控器件、微传感器、微致动器件、光栅、微型生物芯片、光电子器件、太阳能电池等。

附图说明

图1为本发明光刻得到的模板示意图。

图2为本发明在模板表面涂覆一层保护层的示意图。

图3为本发明将模板紧压在导电基材上的示意图。

图4为本发明把模板与导电基材放入液溶胶中并施加外接电源示意图。

图5为本发明电场诱导液溶胶成型过程示意图。

图6为本发明带有电性的溶胶颗粒与导电基材接触失去电性沉积成型示意图。

图7本发明为去除多余液溶胶以及脱去模板后微纳结构的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做详细描述。

一种电场诱导液溶胶微复型的工艺，包括下列步骤：

1)加工微复型过程所需的模板：利用光刻工艺制造出具有一定图形结构的导电模板，参照图1，采用光刻工艺将高掺硅1图形化，利用套刻工艺在导电模板上加工出氮化硅支柱2，参照图2，在导电模板表面蒸镀一层SiO₂保护层3，防止导电模板与液溶胶直接接触从而发生氧化反应，

2)基材的处理：选择ITO玻璃4作为基材，利用丙酮、酒精、去离子水依次清洗ITO玻璃4表面，以去除ITO表面的污染物，

3)施加5-15MPa将处理好的导电模板紧压在基材上，参照图3，以压力P将制备好的导电模板紧压在ITO玻璃4上，使导电模板的支撑部分2紧贴ITO玻璃4，以保证导电模板和ITO玻璃4之间的间隙尺寸处于一定值；参照图4，将紧压在一起的导电模板与ITO玻璃4置于阴极环氧树脂5液溶胶中，采用电压为80-200V的直流电源7，导电模板的高掺硅1处接直流电源7的正极，导电ITO玻璃层4处接直流电源7的负极，参照图5，调整直流电源7的电压，使静电场产生的静电力推动带正电荷的溶胶颗粒6定向运动，参照图6，保持外接直流电源7数分钟至数小时，直至微复型过程结束，原本均匀分散的胶体颗粒在外加电场作用下将产生定向分布，胶体颗粒与ITO玻璃接触后失去电性，从而沉积在其表面成型，得到成型微纳结构，

4)成型微纳结构的后处理：参照图7，除去多余的液溶胶，脱去导电模板，以80-160℃后烘得到的成型微纳结构8，去除水分。

本发明的成型原理为：施加压力，将具有一定图形结构的导电模板紧压在导电基材上，使导电模板和阻蚀胶层之间的空隙尺寸在保持纳米级至微米级，并将其置于液溶胶环境中，施加外部直流电压，在液溶胶中产生外加电场，带有电性的溶胶颗粒在电场作用下定向移动，最终与基材接触失去电性沉积在其表面，形成于模板结构对应的微纳结构。此种工艺制备的微纳结构比传统光刻工艺加工得到的微纳结构尺寸小、缺陷少、加工时间短。

本发明克服了传统光学光刻中的光波衍射限制，以及压印工艺中外加压力的影响和脱模的不利因素，可制得高精度、低缺陷的微纳结构。同时，可通过改变导电模板的图形来改变电场分布，从而制得不同图形的微纳结构。此技术大大缩短了加工时间，提高了加工效率。

Claims (1)

1.一种电场诱导液溶胶微复型的工艺，其特征在于，包括下列步骤：

1)加工微复型过程所需的模板：利用光刻工艺制造出具有一定图形结构的导电模板，在其表面制备一层保护层，即溅射一层SiO₂或是旋涂一层与液溶胶不溶的树脂，保护层厚度为微米级至纳米级，

2)基材的处理：选择导电材料作为基材，导电材料包括ITO玻璃或金属，利用有机溶剂清洗其表面，

3)施加5-15MPa的压力将处理好的导电模板紧压在基材上，导电模板的支撑部分接触基材，然后将导电模板与基材置于液溶胶环境中，外接电压为80-200V的直流电源，通电时间为0.5-3h，在液溶胶中产生相应的电场分布，带电的溶胶颗粒在电场作用下定向移动，进而与基材接触，失去电性沉积成型，得到成型微纳结构，所述的液溶胶为环氧树脂、丙烯酸树脂或是聚氨酯等阴极液溶胶，

4)成型微纳结构的后处理：除去多余的液溶胶，脱去导电模板，以80-160℃后烘得到的成型微纳结构。

Images