CN102390802B - 一种电毛细力驱动填充与反电场辅助脱模的压印成形方法 - Google Patents

一种电毛细力驱动填充与反电场辅助脱模的压印成形方法 Download PDF

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Abstract

一种电毛细力驱动填充与反电场辅助脱模的压印成形方法，先加工导电模具，再进行导电聚合物匀胶，然后进行电毛细填充，固化，最后反转电场辅助脱模，本发明能够减小模具与聚合物的粘附力和摩擦力，进而减小脱模的缺陷并增加模具的寿命。

Description

一种电毛细力驱动填充与反电场辅助脱模的压印成形方法
技术领域
本发明属于微纳制造领域，具体涉及一种电毛细力驱动填充与反电场辅助脱模的压印成形方法。
技术背景
纳米压印技术以其高效、低成本、高分辨率的优势被认为最有前景的下一代光刻技术之一。纳米压印的关键技术有二点：一是使液态的聚合物填充到模具腔体中；二是使固化的聚合物从模具中脱离出来。传统的纳米压印采用机械压力使预聚物填充到模具腔体中，然而较大的机械压力会带来一系列不可避免的问题：多层套印的对准困难，压印力不均匀对结构和模具造成的损坏，甚至会对模具造成不可恢复的形变或破坏，并且多尺度压印时不同特征尺度压印填充不均匀。
脱模时，模具和固化的阻蚀胶之间的粘附力和摩擦力，是造成压印结构缺陷和模具寿命终结的最终原因。对于硬模具，使用前一般都需要做低表面能处理，以便减小脱模时模具与阻蚀胶间的摩擦力，使阻蚀胶结构不致被破坏。然而对于紫外压印，紫外光会降解模具表面的抗粘层，或使聚合物与抗粘层发生化学反应，从而会增加模具与聚合物的粘附力和摩擦力，损坏复形结构，降低模具的使用寿命。
已有研究表明，离子导电聚合物可以在电场作用下产生电润湿效应，电润湿即电毛细的一种表现形式。并且，从这种离子导电聚合物的导电机理来看，固化后其导电性会明显变差，即这种聚合物发生电润湿后，富集在气-液-固三相接触线处的自由离子不会因外电场的撤去而迅速被中和，会呈现出“冻结”状态。
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毛细力驱动填充与反电场辅助脱模的压印成形方法，减小模具与聚合物的粘附力和摩擦力，减小脱模的缺陷并增加模具的寿命。
为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种电毛细力驱动填充与反电场辅助脱模的压印成形方法，包括以下步骤：
1)加工导电模具，要求导电模具的表面要有一层介电层，导电模具的材料为硅或带有氧化铟锡薄膜的石英，介电层的材料为二氧化硅或氧化铪，介电层的厚度为模具腔体宽度的1/10～1/100，
2)导电聚合物匀胶，导电聚合物为液体的离子导电聚合物，将导电聚合物旋涂在导电衬底上，导电衬底为带有氧化铟锡(ITO)镀层的玻璃，
3)电毛细填充，在导电模具和导电衬底间施加直流电压，电压大小以介电层不被击穿为限，导电聚合物会在电毛细力作用下填充到模具腔体中，
4)固化，填充完成后，采用加热、紫外光照或冷却的方法将导电聚合物固化，
5)反转电场辅助脱模，在导电模具和导电衬底间施加反电压，反电压为直流电压，电压大小以介电层不被击穿为限，反电压会形成反电场，然后脱模，反电场会作用在聚合物表面的电荷上，产生的电场力会减小聚合物与模具的粘附作用，能够减少脱模缺陷，增加模具寿命。
本发明的特点是：①.利用电毛细力代替机械压力，压印力均匀，提高了复制结构的均匀性，适合复制大深宽比的微/纳结构；②.利用电场辅助脱模，导电聚合物固化后其导电性能会极大减弱，聚合物表面的电荷会被“冻结”，反电场作用在“冻结”电荷上会减小聚合物与模具的粘附力，从而减少脱模缺陷，增加模具寿命。
附图说明
图1是本发明的导电模具结构示意图。
图2是本发明在导电衬底上涂覆导电聚合物示意图。
图3-a是本发明的电毛细力填充示意图。
图3-b为图3-a的A部的放大图。
图4-a是本发明的导电聚合物固化示意图。
图4-b为图4-a的B部的放大图。
图5-a是本发明的反电场脱模示意图。
图5-b为图5-a的C部的放大图。
图6是本发明的复形结果示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细说明。
一种电毛细力驱动填充与反电场辅助脱模的压印成形方法，包括以下步骤：
1)加工导电模具，参照图1，要求导电模具的表面要有一层介电材料2，用ICP刻蚀工艺得到硅模具1，然后在硅模具1表面热氧或淀积一层介电材料2，热氧得到SiO2层，或用原子层沉积(ALD)工艺淀积一层SiO2或HfO2，或者刻蚀石英得到模具结构，然后再顺序淀积一层氧化铟锡(ITO)和HfO2，即可得到透明导电模具，介电层的厚度为模具腔体宽度的1/10～1/100，
2)导电聚合物匀胶，参照图2，导电聚合物为液体的离子导电聚合物3，其中有能够自由移动的正离子4和负离子5，将导电聚合物3旋涂涂在导电衬底上，导电衬底为带有氧化铟锡(ITO)6镀层的玻璃7，
3)电毛细填充，参照图3-a和图3-b，将导电模具放置在旋涂有导电聚合物3的导电衬底上，在导电模具和导电衬底间施加直流电压8，电压大小以介电层不被击穿为限，导电聚合物3会在电毛细力作用下填充到模具腔体中，这时导电聚合物3中的正离子4会在电场作用下由均匀分布变成非均匀，即在聚合物与导电模具介电层的界面间富集正离子4，气-液-固三相交界线附近会集中分布更大密度的正离子4，该处电荷受到的电场力会带动聚合物沿模具壁面向腔体内爬升，
4)固化，参照图4-a和图4-b，填充完成后，采用紫外光照射或加热9将导电聚合物3固化，固化后的导电聚合物3会失去导电性或导电性被极大的减弱，此时聚合物表面的正离子4被“冻结”而无法再自由移动，
5)反转电场辅助脱模，参照图5-a和图5-b，在导电模具和导电衬底间施加一反电压9，反电压9为直流电压，电压大小以介电层不被击穿为限，反电压9会形成反电场，然后脱模，反电场会作用在聚合物表面的正离子4上，产生的电场力会减小聚合物与模具的粘附作用，能够减少脱模缺陷，增加模具寿命，参照图6，脱模后即可得到微/纳图案。

Claims (1)

1.一种电毛细力驱动填充与反电场辅助脱模的压印成形方法，包括以下步骤：
1)加工导电模具，要求导电模具的表面要有一层介电层，导电模具的材料为硅或带有氧化铟锡薄膜的石英，介电层的材料为二氧化硅或氧化铪，介电层的厚度为模具腔体宽度的1/10～1/100，
2)导电聚合物匀胶，导电聚合物为液体的离子导电聚合物，将导电聚合物旋涂在导电衬底上，导电衬底为带有氧化铟锡(ITO)镀层的玻璃，
3)电毛细填充，在导电模具和导电衬底间施加直流电压，电压大小以介电层不被击穿为限，导电聚合物会在电毛细力作用下填充到模具腔体中，
4)固化，填充完成后，采用加热、紫外光照或冷却的方法将导电聚合物固化，
5)反转电场辅助脱模，在导电模具和导电衬底间施加反电压，反电压为直流电压，电压大小以介电层不被击穿为限，然后脱模。
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