CN105137712A - 利用纳米压印技术构筑有机液晶分子单晶微米线阵列图案化的方法 - Google Patents

利用纳米压印技术构筑有机液晶分子单晶微米线阵列图案化的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种利用纳米压印技术构筑有机液晶分子单晶微米线阵列图案化的方法,分为两部分,一部分制备压印模板:首先,SiO2/Si片基底清洗干净;然后,基底经过正胶光刻、显影,得到阵列化的图形;接着用反应离子刻蚀机刻蚀光刻后的SiO2/Si片基底;随后去胶,获得周期性排布的高低不一的模板;接着在SiO2/Si片基底上旋涂全氟树脂,最后加热,压印模板制备完成。另一部分制备压印基底:首先,取一洗净的SiO2/Si片;然后,用步进式精密升降台在基底上提拉出一层有机小分子膜,压印基底制备完成。最后,将压印模板盖在基底上,施加一定压力,再加热至该有机小分子的熔点,恒温15min后停止加热,降至室温后取出基底,便得到周期性、大面积的有机小分子单晶微米线图案化阵列。

Description

利用纳米压印技术构筑有机液晶分子单晶微米线阵列图案化的方法
技术领域
本发明一种利用液晶分子相转变特性结合压印构筑周期性、大面积的有机小分子微米线图案化阵列的方法。具体而言,本发明涉及周期性图案化阵列化表面经过刻蚀的疏水模板的制备、自下而上提拉有机小分子薄膜的制备。
背景技术
一维单晶结构的取向性保证应用的均一性,是未来纳米/微米单晶电子应用中的一个重要问题。大多数的电子器件要求一维结构具有良好的取向性,可以精确控制一维单晶材料的位置,以获得预期的性能。目前,半导体器件工业生产中常用的图案化阵列化工艺需要巨大的生产线和超净条件下的大型处理设备。这导致巨大的材料浪费并增加了设备的生产和研发费用。实现材料最低消耗和能源最低使用的制备方法,无疑对于整个社会的可持续发展是至关重要的。
目前,有许多组尝试使用模板辅助物理气相转移方法制备有机小分子微纳单晶结构。但此方法要求材料有较高的热稳定性,普适性低,且制备得到的微纳结构均匀度低,不宜大面积制备,更不适用于柔性基底。
溶液法在图案化阵列化的工艺中有很重要的地位,溶液法不需要大型设备,制备简单便捷,可以实现大面积有序,还可以施加外加应力,使得分子的π-π堆积间距更小,得到质量更高的晶体。同时溶液法对于基底的选择性低,可以在PET、PEN、PI等柔性基底上实现有序晶体的制备。溶液法中的纳米压印法是制备高度有序图案化阵列化快捷的方法,但传统此方法的模板是带有光栅的PDMS,它较软,而且微米线精度调控能力差,图形可选择性低,还存在粘带有机小分子的问题。由此可知,目前存在的压印方法得不到大面积有序的晶体结构,这无疑不利于微米线器件的集成。因此,一种基于压印的大面积有序、单晶的图案化阵列化有机小分子单晶微米线的构筑方法是急需的。本文利用修饰刻蚀后的硬模板,通过模板的疏水效果,压印得到大面积图案化阵列化的微米线单晶结构,对于进一步实现微米线单晶器件集成具有重要的意义。
发明内容
为克服现有压印中无法大面积的不足,本发明的目的在于提供一种利用液晶分子相转变特性结合压印法构筑周期性、大面积的有机小分子单晶微米线图案化阵列的方法,该方法具备操作简单,使用范围广,普适性强,所获得图案化阵列化小分子有机微米线大面积有序、图案可选择性强,操作简便。
为实现上述技术目的,达到上述技术效果,本发明通过以下技术方案实现:
一种利用液晶分子相转变特性结合压印构筑周期性、大面积的有机小分子单晶微米线图案化阵列的方法,包括以下步骤:
1)光刻:将洗净的基底依次涂光刻胶、光刻图形、显影;
2)RIE刻蚀:将光刻显影后的基底进行刻蚀,然后去胶;
3)疏水修饰:在步骤2)得到的基底上旋涂树脂,然后加热,形成压印模板;
4)压印基底制备:另取一片基底,在其表面提拉一层有机小分子薄膜;
5)压印:将步骤3)所得的模板覆盖在步骤4)得到的压印基底上,然后施加一定压力,加热至所述有机小分子熔点保持一段时间,然后降至室温,即得。
优选的,所述基底为SiO2/Si片。
优选的,在步骤1)之前还包括将SiO2/Si片浸入piranha溶液的步骤,所述piranha溶液为浓硫酸:双氧水=3:1的强氧化性溶液。
优选的,所述SiO2/Si片中SiO2层的厚度为1000nm。
优选的,所述光刻胶为正胶。
优选的,所述的RIE刻蚀SiO2所用的气体为Ar和CHF3,其比例为3:2。
优选的,所述树脂是一种全氟树脂。
优选的,所述全氟树脂旋涂条件为5000r/min,20s,接着120℃下加热1h。
优选的,所述机小分子薄膜是一种液晶分子薄膜。
优选的,步骤5)中所述加热过程在通风橱中加热板上进行,加热温度为120℃,且施加的压力通过扭矩式压力测试仪控制。
优选的,步骤1)中所述的piranha溶液为浓硫酸:双氧水=3:1的强氧化性溶液,可将SiO2表面的有机物氧化掉并大量增加SiO2表面的羟基数目,增加其浸润性;SiO2/Si片基底中SiO2层的厚度为1000nm,清洗溶剂分别为丙酮,乙醇,去离子水,各超声10min。
优选的,步骤2)中所述的光刻所用光刻胶为正胶。具体条件:匀胶机参数为先500r6s后3500r30s,前后烘胶温度和时间均分别为100℃3min,显影时间为12s。
优选的,步骤3)中所述的RIE(反应离子刻蚀机)刻蚀SiO2所用的气体为Ar和CHF3,其比例为3:2,刻蚀功率为150W,刻蚀时间为30min,由于Ar和CHF3对于光刻胶正胶的作用很小,故刻蚀的选择比较大,正胶作掩膜效果佳,刻蚀深度约在900nm左右。
优选的,步骤4)中所述疏水修饰,修饰所用的液体为CYTOP,是一种全氟树脂,修饰方法为旋涂,条件为5000r/min,20s,接着120℃下加热1h;修饰模板的作用是使得模板表面形成疏水结构,在压印时可以有效防止有机小分子粘在模板上,便于得到大面积的有机小分子微米线图案化阵列。
优选的,步骤5)中所述提拉速度视具体材料而定,如C10BTBT,其成膜提拉速度为20μm/s。
优选的,步骤6)中所述加热过程在通风橱中加热板上进行,施加的压力通过扭矩式压力测试仪测得。
与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:
1、压印过程操作简单。无需大型设备仪器和超净条件。
2、压印方法几乎适用于大部分的可溶性的有机小分子。
3、压印基底选择性广,可以是硅片、玻璃片、甚至PET、PEN、PI等柔性基底,而且操作过程无需高温。
4、制备得到的有机小分子微米线均匀、超长、大面积,为后续可能的器件大规模集成提供方便。
5、制备得到的有机小分子微米线周期性好、高度对齐、间距可控、准确定位,显著降低材料消耗,消除或减小器件的寄生电流路径,显著减小器件的“OFF”电流。
6、制备得到的小分子有机微米线为单晶的,相对于非晶或多晶的样品,性能更高。
7、由于本发明制备操作过程简单易行,可重复性好,反应过程温和,具有普适性,因此具有推广运用的价值。
附图说明
图1为本发明的一种优选实施例的压印法制备液晶有机小分子微米线图案化阵列的方法流程示意图;
图2-7为本发明的一种优选实施例得到的各种有机小分子微米线图案化阵列扫描电镜图。
图中1、SiO2/Si基底,2、光刻胶,3、CYTOP,4、C10BTBT。
具体实施方式
下面将参考附图并结合实施例,来详细说明本发明。
如图1-7所示,本发明的一种优选实施例包括以下步骤:
步骤a)硅片的清洗:取一部分SiO2/Si片浸入piranha溶液3小时,然后依次用丙酮、乙醇、去离子水超声清洗10min,最后用氮气吹干。
步骤b)光刻:将洗净的SiO2/Si片旋涂上一定厚度的正胶后在100℃下烘胶3min,在掩膜版的帮助下利用光刻机刻出所需要的图形,光刻完的氧化硅片用显影液显影后得到光刻后的图形。
步骤c)RIE刻蚀:将光刻后的SiO2/Si片放入反应离子刻蚀机刻蚀30min,然后用丙酮清洗正胶。
步骤d)疏水修饰:在步骤3得到的基底上以5000r/min的速度旋涂CYTOP,旋涂20s,最后120℃加热1小时,压印模板完成。
步骤e)压印基底制备:取一片洗净的SiO2/Si片,利用步进式精密升降台在SiO2/Si片表面提拉出一层有机小分子薄膜。
步骤f)压印:将步骤4所得的模板覆盖在步骤5得到的带有有机小分子薄膜的基底上,然后施加一定压力,加热至该有机小分子熔点,恒温15min,然后停止加热,降至室温,取出基底,便得到周期性、大面积、超长、高度对齐的有机小分子微米线阵列。
其中步骤a)中所述的piranha溶液为浓硫酸:双氧水=3:1的强氧化性溶液,可将SiO2表面的有机物氧化掉并大量增加SiO2表面的羟基数目,增加其浸润性;SiO2/Si片基底中SiO2层的厚度为1000nm,清洗溶剂分别为丙酮,乙醇,去离子水,各超声10min。
其中步骤b)中所述的光刻所用光刻胶为正胶。具体条件:匀胶机参数为先500r6s后3500r30s,前后烘胶温度和时间均分别为100℃3min,显影时间为12s。
其中步骤c)中所述的RIE(反应离子刻蚀机)刻蚀SiO2所用的气体为Ar和CHF3,其比例为3:2,刻蚀功率为150W,刻蚀时间为30min,由于Ar和CHF3对于光刻胶正胶的作用很小,故刻蚀的选择比较大,正胶作掩膜效果佳,刻蚀深度约在900nm左右。
其中步骤d)中所述疏水修饰,修饰所用的液体为CYTOP,是一种全氟树脂,修饰方法为旋涂,条件为5000r/min,20s,接着120℃下加热1h;修饰模板的作用是使得模板表面形成疏水结构,在压印时可以有效防止有机小分子粘在模板上,便于得到大面积的有机小分子单晶微米线图案化阵列。
其中步骤e)中所述提拉速度视具体材料而定,如C10BTBT,其成膜提拉速度为20μm/s。
其中步骤f)中所述加热过程在通风橱中加热板上进行,施加的压力通过扭矩式压力测试仪测得。
其中图3是图2的局部放大图,图5是图4的局部放大图,图7是图6的局部放大图。图1中的步骤d)制得的压印模板与步骤e)制得的带有有机小分子薄膜的基底相互对扣在一起并加热压印。
以上依据本发明的理想实施例为启示,通过上述的说明内容,相关人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内,进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容,必须要根据权利要求范围来确定技术性范围。

Claims (10)

1.一种利用纳米压印技术构筑有机液晶分子单晶微米线阵列图案化的方法,包括以下步骤:
1)光刻:将洗净的基底依次涂光刻胶、光刻图形、显影;
2)RIE刻蚀:将光刻显影后的基底进行刻蚀,然后去胶;
3)疏水修饰:在步骤2)得到的基底上旋涂树脂,然后加热,形成压印模板;
4)压印基底制备:另取一片基底,在其表面提拉一层有机小分子薄膜;
5)压印:将步骤3)所得的模板覆盖在步骤4)得到的压印基底上,然后施加一定压力,加热至所述有机小分子熔点保持一段时间,然后降至室温,即得。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述基底为SiO2/Si片。
3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,在步骤1)之前还包括将SiO2/Si片浸入piranha溶液的步骤,所述piranha溶液为浓硫酸:双氧水=3:1的强氧化性溶液。
4.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,所述SiO2/Si片中SiO2层的厚度为1000nm。
5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述光刻胶为正胶。
6.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述的RIE刻蚀SiO2所用的气体为Ar和CHF3,其比例为3:2。
7.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述树脂是一种全氟树脂。
8.根据权利要求7所述的方法,其特征在于,所述全氟树脂旋涂条件为5000r/min,20s,接着120℃下加热1h。
9.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述机小分子薄膜是一种液晶分子薄膜。
10.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤5)中所述加热过程在通风橱中加热板上进行,加热温度为120℃,且施加的压力通过扭矩式压力测试仪控制。
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