CN103576450A - 曲面衬底上制备纳米级厚度薄膜及结构的方法 - Google Patents

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本发明属于微纳米加工技术领域，具体涉及一种曲面衬底上制备纳米级厚度薄膜及结构的方法。其步骤为：（1）制备可以多次重复使用的复合纳米压印模板；（2）在硅片上涂覆一层紫外光固化胶；（3）将复合模板贴附到涂有胶层的硅片上，吸附一段时间后，将复合模板与硅片分离，然后将带有紫外光固化胶的复合模板与需要压印的目标衬底接触，复合模板会与目标衬底两者之间的液滴会形成为均匀的液膜；（4）对上述结构进行紫外曝光，曝光完成后将模板与衬底分离，即在目标衬底上得到了与复合模板互补的纳米结构。本发明使用复合纳米压印模板来进行转移胶层，可以实现在非平面衬底甚至是高曲率衬底表面形成纳米级厚度的均匀薄膜。

Description

曲面衬底上制备纳米级厚度薄膜及结构的方法
技术领域
本发明属于微纳米加工领域，具体涉及一种在曲面衬底上以双转移方式制备纳米级厚度薄膜及结构的方法。
背景技术
近年来，在曲面及复杂形貌表面制备纳米级的结构受到了人们的广泛关注，尤其在图像传感阵列、人造复眼、光纤传感器等领域的应用越来越广泛。以光刻为代表的现有微纳加工技术无法胜任在非平面衬底上制备图案的要求。因此，一种低成本、高质量的曲面纳米图案制备方法亟待开发。
纳米压印是20世纪90年代中期发展起来的一种图案复制技术，具有高分辨率、高产量、低成本等优势，其中紫外光固化纳米压印技术已经被广泛应用在新型微纳器件的加工中。
在非平面衬底表面制备纳米结构的一大难题是在表面先形成一层均匀的纳米级厚度的胶层材料，胶层厚度的一致性对后续工艺的影响至关重要。传统的胶层涂覆方式如旋转涂膜、喷雾涂膜、浸渍涂膜等都无法完成在非平面衬底上形成均匀纳米级厚度薄膜的任务。
发明内容
针对现有技术中的不足，本发明的目的在于提供一种利用双转移的方式在非平面衬底上形成均匀的纳米级薄膜并在紫外光下固化成型制备纳米结构的方法，用于在曲面如光纤上制备纳米结构以获得特定功能的器件。
本发明采用的技术方案为：
曲面衬底上制备纳米级厚度薄膜及结构的方法，具体步骤如下：
（1）复合纳米压印模板的制备
用具有弹性的聚二甲基硅氧烷（PDMS）吸附一层紫外光固化胶（UV-resist），然后将其覆盖到有纳米结构的母模板上并送入紫外光下曝光处理，曝光完成后，在聚二甲基硅氧烷表面形成一层刚性的纳米结构层，然后在结构层上面生长出一层低表面能的单分子层作为防粘层，这样得到了可以多次重复使用的复合模板；
（2）旋转涂膜
在一块干净的硅片上以旋转涂膜的方式均匀地涂覆一层厚度为300-500纳米的紫外光固化胶，胶层的厚度通过调整旋转时间及转速来进行控制；
（3）双转移涂膜
将步骤（1）制得的复合模板贴附到步骤（2）涂有胶层的硅片上，此时由于复合模板的共形能力以及刚性纳米结构层的毛细作用力，紫外胶将填充在模板和硅片的空隙之中；吸附1分钟后，将复合模板与硅片分离，紫外光固化胶的一部分将会以液滴的形式吸附在复合模板表面，接着，将带有紫外光固化胶的复合模板与需要压印的目标衬底接触，由于共形能力和毛细力作用，复合模板会与目标衬底紧密贴合，而两者之间的液滴会形成为均匀的液膜，厚度为150-250纳米；
（4）紫外曝光
对步骤（3）的结构进行紫外曝光，曝光完成后将模板与衬底分离，即在目标衬底上得到了与复合模板互补的纳米结构。
本发明使用复合纳米压印模板来进行转移胶层，可以实现在非平面衬底甚至是高曲率衬底表面形成纳米级厚度的均匀薄膜。具有以下有益效果：
（1）结合了旋转涂膜和浸渍涂膜两种方式的优点，既能够通过旋转涂胶的方式获得纳米尺度的均匀胶层，又能像浸渍涂膜一样在非平面衬底表面制备一层厚度均匀的薄膜；
（2）所得薄膜的厚度突破了浸渍涂膜的极限，厚度达到了100纳米的数量级；
（3）为用纳米压印技术在曲面和和复杂表面衬底上制作纳米结构提供了可能，用途包括在光纤表面制备周期性光栅以获得光纤传感器，制备曲焦平面图像传感器等；
（4）设备需求简单，成本低廉。
附图说明
图1是复合纳米压印模板的结构图，图中1-弹性PDMS支撑层，2-刚性结构层，3-单分子防粘层；
图2是双转移紫外光固化纳米压印技术的流程图，图中4-紫外光固化胶，5-硅片，6-复合模板，7-复合模板上的液滴，8-目标衬底，9-曝光成型后的纳米结构。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明。
（1）复合纳米压印模板的制备
用具有弹性的聚二甲基硅氧烷（PDMS）吸附一层紫外光固化胶（UV-resist），然后将其覆盖到有纳米结构的母模板上并送入紫外光下曝光处理，曝光完成后，就在弹性PDMS表面形成了一层刚性的纳米结构层，然后在结构上面生长出一层低表面能的单分子层（1H，1H，2H，2H-全氟癸基三氯硅烷）作为防粘层，这样可以多次重复使用的复合模板6就做好了。复合模板6的结构如图1所示，其中刚性结构层是550纳米周期，110纳米深度的光栅结构。
（2）旋转涂膜
在一块干净的硅片5上以旋转涂膜的方式均匀地涂覆一层400纳米厚度的紫外光固化胶4，胶层的厚度可以通过调整旋转时间及转速来进行控制，如旋涂400纳米厚度需要3000转/分钟，40秒的时间。
（3）双转移涂膜
将之前制得的复合模板贴6贴附到涂有胶层的硅片5上，此时由于复合模板6的共形能力以及刚性纳米结构层的毛细作用力，紫外光固化胶4将填充在模板和硅片的空隙之中。吸附1分钟后，将复合模板6与硅片5分离，紫外光固化胶4的一部分将会以液滴7的形式吸附在复合模板6表面，接着，将带有紫外光固化胶的复合模板6与需要压印的目标衬底8接触，由于共形能力和毛细力作用，复合模板6会与目标衬底8紧密贴合，而两者之间的液滴7也会再次成为厚度为250纳米的均匀液膜。
（4）紫外曝光
对上述结构进行紫外曝光，曝光完成后将模板与衬底分离，即在目标衬底8上得到了与复合模板互补的纳米结构。

Claims (3)

1.曲面衬底上制备纳米级厚度薄膜及结构的方法，其特征在于，具体步骤如下：
（1）复合纳米压印模板的制备
用具有弹性的聚二甲基硅氧烷吸附一层紫外光固化胶，然后将其覆盖到有纳米结构的母模板上并送入紫外光下曝光处理，曝光完成后，在聚二甲基硅氧烷表面形成一层刚性的纳米结构层，然后在结构层上面生长出一层低表面能的单分子层作为防粘层，这样得到了可以多次重复使用的复合模板；
（2）旋转涂膜
在一块干净的硅片上以旋转涂膜的方式均匀地涂覆一层紫外光固化胶，胶层的厚度通过调整旋转时间及转速来进行控制；
（3）双转移涂膜
将步骤（1）制得的复合模板贴附到步骤（2）涂有胶层的硅片上，此时由于复合模板的共形能力以及刚性纳米结构层的毛细作用力，紫外胶将填充在模板和硅片的空隙之中；吸附一段时间后，将复合模板与硅片分离，紫外光固化胶的一部分将会以液滴的形式吸附在复合模板表面，接着，将带有紫外光固化胶的复合模板与需要压印的目标衬底接触，由于共形能力和毛细力作用，复合模板会与目标衬底紧密贴合，而两者之间的液滴会形成为均匀的液膜；
（4）紫外曝光
对步骤（3）的结构进行紫外曝光，曝光完成后将模板与衬底分离，即在目标衬底上得到了与复合模板互补的纳米结构。
2.根据权利要求1所述的曲面衬底上制备纳米级厚度薄膜及结构的方法，其特征在于，所述步骤（2）中涂覆的紫外光固化胶层厚度为300-500纳米。
3.根据权利要求1或2所述的曲面衬底上制备纳米级厚度薄膜及结构的方法，其特征在于，所述步骤（3）中吸附的时间为1分钟，形成均匀的液膜的厚度为150-250纳米。
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