CN104943433A - 一种图案转印模板及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种图案转印模板，包括制冷台、二氧化钛薄膜、亲水区、疏水区、冰块，其中，基底安装在制冷台上；二氧化钛薄膜位于基底上，且二氧化钛薄膜上存在着图案化的亲水区和疏水区，冰块位于亲水区上。本发明还提供了一种图案转印模板的制备方法，利用紫外光照射二氧化钛薄膜，实现二氧化钛薄膜图案化的亲水区和疏水区，由于紫外光的图案化的玻璃掩模板的精度可以在微米量级，这保证了图案化的亲水区和疏水区的精度可以达到微米量级，配合低温冷冻实现了冰块的图案化，本发明仅需紫外光照，不需要后续的刻蚀，精度可以达到微米量级、结构简单、制备高效、节约了成本。
Description
技术领域
本发明涉及图案转印领域，尤其是涉及到一种图案转印模板及其制备方法。
背景技术
随着微加工技术、柔性电子技术的迅速发展，图案转印技术越来越受到人们的关注。图案转印技术凭借图案转印模板完成图案的转移。图案转印模板上具有凹凸的图案，将墨水覆盖在图案转印模板上，通过“盖章”的方式，即可以将图案转移到基底上（B. A. Grzybowski, R. Haag, N. Bowden, and G. M. Whitesides, Generation of Micrometer-Sized Patterns for Microanalytical Applications Using a Laser Direct-Write Method and Microcontact Printing, Anal. Chem. 70, 4645,1998；Won Mook Choi, O. Ok Park, soft-imprint technique for direct fabrication of submicron scale patterns using a surface-modified PDMS mold, Microelectronic Engineering 70,131, 2003），该方法步骤简单、可大面积转移图案、效率高、成本低。
图案转印技术的关键是图案转印模板。当图案的尺度在百微米、毫米以上时，可以用机械加工的方式来制作图案转印模板，当图案的尺度小于百微米量级时，机械加工的方式很难胜任，这时往往需要光刻、刻蚀的工艺来进行微米级别的图案转印模板的加工，光刻工艺目前比较普遍，成本也比较低，但是刻蚀的设备相对昂贵、刻蚀时间长、效率偏低，刻蚀的设备更适合于高精度、亚微米级的图案转印模板的加工。设计简单、高效、低成本的图案转印模板的制备方法对于图案转印技术及相关工业的发展至关重要。
发明内容
本发明针对图案转印模板的制备问题，提供一种图案转印模板及其制备方法，该模板利用二氧化钛薄膜的亲水性和疏水性，配合低温冷冻实现图案化的加工，仅需紫外光照，不需要后续的刻蚀，精度可以达到微米量级、结构简单、制备高效、节约了成本。
为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种图案转印模板，包括基座、制冷台、基底、二氧化钛薄膜、亲水区、疏水区、冰块，其中，制冷台安装在基座上，基底安装在制冷台上；二氧化钛薄膜位于基底上，且二氧化钛薄膜上存在着图案化的亲水区和疏水区，冰块位于亲水区上。
本发明一种图案转印模板的制备方法如下：
步骤1：采用磁控溅射的方法制备二氧化钛薄膜，将基底放入磁控溅射的腔体内，靶材选择为二氧化钛靶材，将真空气压抽到10-4～10-5 Pa，按照氩气：氧气=1~10：1的比例向真空腔室内通入氩气和氧气的混合气体，使得真空腔室的气压在0.1～2 Pa，基底的温度设置为200到600度，启动磁控溅射的电源，在基底上沉积二氧化钛薄膜；
步骤2：从磁控溅射的腔体内取出沉积有二氧化钛薄膜的基底，将基底安装在制冷台上；
步骤3：在二氧化钛薄膜的四角放置垫片，垫片的两面粘有双面胶，采用图案化的玻璃掩模板，将图案化的玻璃掩模板放置在垫片上；
步骤4：紫外光通过图案化的玻璃掩模板照射二氧化钛薄膜，在二氧化钛薄膜表面形成图案化的亲水区和疏水区；
步骤5：采用喷雾的方式向二氧化钛薄膜表面喷水；
步骤6：通过在二氧化钛薄膜表面超声或者对基座施加振动使得步骤5喷的水都分布在亲水区；
步骤7：启动制冷台，将二氧化钛薄膜的温度降低到0度以下，确保亲水区上的水都凝固成冰块；
步骤8：将步骤7形成的冰块面对着水池，通过摄像头确保冰块的表面与水池中的水面相接触，通过电机拉动基座，将步骤7中的冰块拉离水面，使得步骤7中的冰块长大；
步骤9：经过前8个步骤即形成了图案化的冰块结构，该结构即为本发明的图案转印模板，利用该模板可以蘸取聚二甲基硅氧烷（PDMS），即可将图案通过PDMS转移到介质上。
在本发明中，所述的二氧化钛薄膜的厚度为0.1～1 μm；
所述的垫片的厚度为1～100 μm。
综上所述，本发明提供了一种图案转印模板及其制备方法，利用紫外光照射二氧化钛薄膜，实现二氧化钛薄膜图案化的亲水区和疏水区，由于紫外光的图案化的玻璃掩模板的精度可以在微米量级，这保证了图案化的亲水区和疏水区的精度可以达到微米量级，配合低温冷冻实现了冰块的图案化，本发明仅需紫外光照，不需要后续的刻蚀，精度可以达到微米量级、结构简单、制备高效、节约了成本。
附图说明
图1是本发明一种图案转印模板形成亲水区和疏水区的示意图；
图2是本发明一种图案转印模板在亲水区形成冰块的示意图；
图3是本发明一种图案转印模板冰块长大的示意图；
图4是本发明一种图案转印模板在长大后的冰块上蘸取PDMS后的示意图；
图5是将图案化的PDMS转移到介质上的示意图。
图中：1基座、2制冷台、3基底、4二氧化钛薄膜、5亲水区、6疏水区、7冰块、8水池、9水、10电机、11摄像头、12 PDMS、13介质。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
图1是本发明一种图案转印模板形成亲水区和疏水区的示意图；图2是本发明一种图案转印模板在亲水区形成冰块的示意图；图3是本发明一种图案转印模板冰块长大的示意图；图4是本发明一种图案转印模板在长大后的冰块上蘸取PDMS后的示意图；图5是将图案化的PDMS转移到介质上的示意图，图中，基座1、制冷台2、基底3、二氧化钛薄膜4、亲水区5、疏水区6、冰块7、水池8、水9、电机10、摄像头11、PDMS 12、介质13，其中，制冷台2通过螺丝安装在基座1上，制冷台2采用半导体制冷台（比如：上海恒商精密仪器有限公司的Instec TS62 半导体制冷台，最低温度可以到-30度），基底3安装在制冷台2上；二氧化钛薄膜4位于基底3上，且二氧化钛薄膜4上存在着图案化的亲水区5和疏水区6，冰块7位于亲水区7上。
本实施例的一种图案转印模板的制备方法如下：
步骤1：采用磁控溅射的方法制备二氧化钛薄膜4，将基底3（本实施例采用Si基底）放入磁控溅射的腔体内，靶材选择为二氧化钛靶材，将真空气压抽到1×10-5 Pa，按照氩气：氧气=2：1的比例向真空腔室内通入氩气和氧气的混合气体，使得真空腔室的气压在0.6 Pa，基底3的温度设置为400度，启动磁控溅射的电源，在基底3上沉积二氧化钛薄膜4；
步骤2：从磁控溅射的腔体内取出沉积有二氧化钛薄膜4的基底3，将基底3安装在制冷台2上，为了实现基底与制冷台间良好的导热，可以采用银胶将基底3固定在制冷台2上；
步骤3：在二氧化钛薄膜4的四角放置垫片，在本实施例中，垫片选择厚度为50 μm的单零铝箔片，垫片的两面粘有双面胶（或者采用银胶），采用图案化的玻璃掩模板，将图案化的玻璃掩模板放置在垫片上；
步骤4：紫外光通过图案化的玻璃掩模板照射二氧化钛薄膜4，经紫外光照射的区域对应亲水区5，未经紫外光照射的区域为疏水区6，在二氧化钛薄膜4表面形成图案化的亲水区5和疏水区6；
步骤5：采用喷雾的方式向二氧化钛薄膜4表面喷水；
步骤6：通过在二氧化钛薄膜4表面超声或者对基座1施加振动使得步骤5喷的水都分布在亲水区5；
步骤7：启动制冷台2，将二氧化钛薄膜4的温度降低到0度以下，在本实施例中，温度降低到-10度，确保亲水区5上的水都凝固成冰块7；
步骤8：将步骤7形成的冰块7面对着水池8，通过摄像头11确保冰块7的表面与水池8中的水面相接触，通过电机10拉动基座1，将步骤7中的冰块7拉离水面，使得步骤7中的冰块7长大；
步骤9：经过前8个步骤即形成了图案化的冰块7结构，该结构即为本发明的图案转印模板，利用该模板可以蘸取聚二甲基硅氧烷（PDMS），即可将图案通过PDMS转移到介质上。
在本实施例中，二氧化钛薄膜4的厚度为0.2 μm；垫片的厚度为50 μm。
综上所述，本实施例提供了一种图案转印模板及其制备方法，利用紫外光照实现二氧化钛薄膜4图案化的亲水区5和疏水区6，由于紫外光的图案化的玻璃掩模板的精度可以在微米量级，这保证了图案化的亲水区5和疏水区6的精度可以达到微米量级，配合低温冷冻实现了冰块7的图案化，本发明仅需紫外光照，不需要后续的刻蚀，精度可以达到微米量级、结构简单、制备高效、节约了成本。
以上所述的实施例对本发明的技术方案和有益效果进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的具体实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种图案转印模板，包括基座、制冷台、基底、二氧化钛薄膜、亲水区、疏水区、冰块，其特征在于：所述的制冷台安装在基座上，基底安装在制冷台上；所述的二氧化钛薄膜位于基底上，且二氧化钛薄膜上存在着图案化的亲水区和疏水区，冰块位于亲水区上。
2.根据权利要求1所述的一种图案转印模板，其特征在于：所述的图案转印模板的制备方法如下：
步骤1：采用磁控溅射的方法制备二氧化钛薄膜，将基底放入磁控溅射的腔体内，靶材选择为二氧化钛靶材，将真空气压抽到10-4～10-5 Pa，按照氩气：氧气=1~10：1的比例向真空腔室内通入氩气和氧气的混合气体，使得真空腔室的气压在0.1～2 Pa，基底的温度设置为200到600度，启动磁控溅射的电源，在基底上沉积二氧化钛薄膜；
步骤2：从磁控溅射的腔体内取出沉积有二氧化钛薄膜的基底，将基底安装在制冷台上；
步骤3：在二氧化钛薄膜的四角放置垫片，垫片的两面粘有双面胶，采用图案化的玻璃掩模板，将图案化的玻璃掩模板放置在垫片上；
步骤4：紫外光通过图案化的玻璃掩模板照射二氧化钛薄膜，在二氧化钛薄膜表面形成图案化的亲水区和疏水区；
步骤5：采用喷雾的方式向二氧化钛薄膜表面喷水；
步骤6：通过在二氧化钛薄膜表面超声或者对基座施加振动使得步骤5喷的水都分布在亲水区；
步骤7：启动制冷台，将二氧化钛薄膜的温度降低到0度以下，确保亲水区上的水都凝固成冰块；
步骤8：将步骤7形成的冰块面对着水池，通过摄像头确保冰块的表面与水池中的水面相接触，通过电机拉动基座，将步骤7中的冰块拉离水面，使得步骤7中的冰块长大；
步骤9：经过前8个步骤即形成了图案化的冰块结构，该结构即为本发明的图案转印模板，利用该模板可以蘸取聚二甲基硅氧烷（PDMS），即可将图案通过PDMS转移到介质上。
3.根据权利要求1，2所述的一种图案转印模板，其特征在于：所述的二氧化钛薄膜的厚度为0.1～1 μm。
4.根据权利要求2所述的一种图案转印模板，其特征在于：所述的垫片的厚度为1～100 μm。
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