CN112363367A - 一种多阶图形纳米压印的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多阶图形纳米压印的方法。选择衬底；在衬底上形成纳米压印胶层或使用PMMA板；使用第一压印模具对PMMA板或加热至玻璃化温度的纳米压印胶层进行第一次压印；纳米压印胶层或PMMA板冷却固化，冷却固化后与第一压印模具分离，分离后形成第一纳米压印图形；使用第二压印模板对第一纳米压印图形进行第二次压印；纳米压印胶层或PMMA板冷却固化，冷却固化后与第二压印模具分离，分离后形成第二多阶纳米压印图形。本发明不受到最短曝光波长的物理限制，其分辨率只与模具图案尺寸有关，省去了采用图形复制的加工方法，具有效率高、成本低等优点。
Description
技术领域
本发明涉及纳米压印技术领域的纳米芯片图形制备方法，特别是涉及一种多阶图形纳米压印的方法。
背景技术
现有技术提出纳米压印概念至今，纳米压印技术已经发展为科技革命中的核心纳米技术之一。纳米压印技术克服了光刻技术中由于衍射导致的分辨率限制，目前分辨率已经达到了5nm以下，从而为制造小尺寸、高密度集成电路提供了有力的支持。
目前，制作多阶光学器件的主流方法仍是传统光刻技术，但传统光刻技术受到最短曝光波长的物理限制，其分辨率有极限值，且随着器件阶数制作周期及成本也成指数增长。
因此，现有技术存在受到最短曝光波长的物理限制、分辨率尺寸有限，图形复制成本较高、效率低下、良品率低等等的问题。
发明内容
针对上述问题本发明提供了一种多阶图形纳米压印的方法，采用纳米压印方式可以进行多阶图形的制备。
为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：
多阶图形纳米压印的方法，具体包括以下步骤：
步骤一：选择衬底，然后在衬底的一侧表面旋涂增粘剂。
步骤二：衬底旋涂压印胶或使用PMMA板，在压印胶上或PMMA板上制作纳米压印图形。
所述步骤二中，采用衬底旋涂压印胶，具体为：
S1：衬底旋涂过增粘剂的一侧表面旋涂压印胶，以形成均匀的纳米压印胶层。
S2：将纳米压印胶层加热至玻璃化温度，并使用带有光栅线的第一压印模具对纳米压印胶层远离衬底的一侧进行第一次压印，以在纳米压印胶层上形成具有多个光栅线的第一纳米压印图形；使用第一压印模具进行压印前，需在第一压印模具接触纳米压印胶层的一侧旋涂抗粘剂。
S3：将衬底及纳米压印胶层整体降温至常温，使纳米压印胶层冷却固化。
S4：纳米压印胶层固化后进行脱模，将纳米压印胶层和第一压印模板接触面与第一压印模板分离，分离过程中使第一压印模板均匀受力，分离后形成第一纳米压印图形。
S5：将纳米压印胶层再次加热至玻璃化温度，同时使用第二压印模板对第一纳米压印图形进行第二次压印，以得到具有多个光栅线的第二多阶纳米压印图形。
S6：衬底及纳米压印胶层整体降温至常温，使纳米压印胶层冷却固化。
S7：纳米压印胶层固化后进行脱模，将纳米压印胶层与第二压印模板接触面与第二压印模板分离，分离过程中使第二压印模板均匀受力，分离后形成第二多阶纳米压印图形。
所述步骤二中，采用PMMA板，具体为：
PMMA板包括PMMA材料，第一压印模板放在加热板上加热，用加热后的第一压印模板把PMMA材料的温度提升到玻璃化温度，同时施加压力，保持固定时间后进行脱模，然后把第二压印模板放在加热板上加热，用加热后的第二压印模板把PMMA材料的温度提升到玻璃化温度，同时施加压力，保持固定时间后进行脱模，得到具有多个光栅线的第二多阶纳米压印图形。
所述的衬底选自Si衬底、SiO2衬底、Si3N4衬底、SiC衬底、有机玻璃衬底及ITO玻璃衬底中的一种。
所述选择衬底是根据制备的器件来确定，优先选取硬度大，化学性质稳定的衬底。
所述的纳米压印胶层的胶层厚度根据具体器件要求，改变转速作调整。
所述纳米压印胶层加热的加热方式为气流加热、红外辐射加热、超声加热和电阻加热中的一种。
所述的压印胶层包括聚合物层，聚合物层中的聚合物为聚乙烯醇PVA、聚乙烯醇的硅化物、聚乙烯醇的氟化物、聚甲基丙烯酸甲酯PMMA、聚甲基丙烯酸甲酯的硅化物、聚甲基丙烯酸甲酯的氟化物、3-己基噻吩聚合物P3HT、3-己基噻吩聚合物的硅化物、3-己基噻吩聚合物的氟化物、聚二甲基硅氧烷PDMS、聚二甲基硅氧烷的硅化物及聚二甲基硅氧烷的氟化物中的一种。
所述的聚合物层的聚合物为聚甲基丙烯酸甲酯PMMA、聚乙烯醇PVA、3-己基噻吩聚合物P3HT、聚二甲基硅氧烷PDMS时，加热的温度分别是190℃、150℃、130℃、90℃以使聚合物层软化。
本发明的有益效果：
本发明与使用传统光刻的方法制作多阶图形器件相比，多阶图形纳米压印不受到最短曝光波长的物理限制，制备压印的分辨率只与模具图案尺寸有关，省去了传统光学光刻掩模版和光学成像设备的成本而采用图形复制的加工方法，具有效率高、成本低等优点，且可保证产出率及良品率，取得了突出显著的技术效果。
附图说明
图1是衬底上旋涂纳米压印胶的过程图。
图2是第一压印模具对纳米压印胶层进行第一次压印的过程图。
图3是第一压印模具与纳米压印胶层分离的过程。
图4是形成的第一纳米压印图形。
图5是第二压印模具对纳米压印胶层进行第二次压印的过程图。
图6是第二压印模具与纳米压印胶层分离的过程。
图7是形成的第二多阶纳米压印图形。
具体实施方式
现结合具体实施和示例对本发明的技术方案作进一步说明。
具体实施例一
多阶图形纳米压印的方法，采用衬底旋涂压印胶，具体包括以下步骤：
S1：选择衬底1，衬底1的选择，根据制备的器件来确定，优先选取硬度大，化学性质稳定的衬底，具体实施的衬底1为SiO2衬底，然后在衬底1的一侧表面旋涂增粘剂；旋涂增粘剂主要是保证后续步骤处理过程中压印胶与衬底1依然能实现更好的粘合，使压印胶与衬底1的粘合度远大于压印胶与模具的粘合度，减少因压印胶与衬底1的拉裂分离或脱模时压印胶与模具粘合而产生的缺陷，保证后续步骤处理过程中复制到压印胶层上的第一纳米压印图形4不发生变形，保证和提高产品的良品率，提高模板使用寿命，并降低制造成本；具体实施中，增粘剂旋涂转速为3000r/min，旋涂时间为40s，旋涂加速10r/s，旋涂后使用加热板加热2min，加热温度为115℃，为保证胶层表面均匀性，旋涂加速度不低于7r/s，厚度保持在5nm-8nm之间。
S2：如图1所示，衬底1旋涂过增粘剂的一侧表面旋涂压印胶，以形成均匀的纳米压印胶层2，具体实施的纳米压印胶层2为PDMS，具体实施中，纳米压印胶层2的胶层厚度根据具体器件要求，改变转速作调整，压印胶旋涂转速为4000r/min，旋涂时间为40s，旋涂加速10r/s，为保证胶层表面均匀性，旋涂加速度不低于7r/s。
S3：如图2和图4所示，将纳米压印胶层2加热至90℃，加热方式可以为气流加热、红外辐射加热、超声加热和电阻加热。使用带有光栅线的第一压印模具3在5000Pa-7000Pa的压强下对纳米压印胶层2远离衬底1的一侧进行第一次压印，并保持3min-8min，以在纳米压印胶层2上形成具有多个光栅线的第一纳米压印图形4；具体实施的第一压印模具3是周期为300nm的等距光栅的模具，进行压印前，需在第一压印模具3接触纳米压印胶层2的一侧旋涂抗粘剂以形成防粘连层，具体实施中，旋涂转速为3000r/min，旋涂时间40s，使用此工艺参数对模具接触压印胶层的一侧进行三遍旋涂，旋涂后常温放置24小时后使用。防粘连层能够防止后续步骤处理过程中第一压印模板3和纳米压印胶层2分离时与纳米压印胶层2相粘连，以确保第一压印模板3在脱模时不被损坏，同时保证后续步骤处理过程中复制到纳米压印胶层2上的第一纳米压印图形4不发生变形，从而降低产品缺陷，保证和提高产品的良品率，提高第一压印模具3的使用寿命，并降低制造成本。
S4：将衬底1及纳米压印胶层2整体降温至常温，使纳米压印胶层2冷却固化。
S5：如图3所示，纳米压印胶层2固化后进行脱模，将纳米压印胶层2和第一压印模板3接触面与第一压印模板3分离，分离过程中使第一压印模板3均匀受力，减小第一压印模板3的形变，保证第一压印模板3的完整性，提高第一压印模板3的使用寿命。
S6：如图5所示，将纳米压印胶层2再次加热至90℃，同时使用第二压印模板5在5000Pa-7000Pa的压强下对第一纳米压印图形4进行第二次压印，并保持3min-8min，以得到具有多个光栅线的第二多阶纳米压印图形6，具体实施的第二压印模板5是周期为300mm的非等距光栅模具。
S7：衬底1及纳米压印胶层2整体降温至常温，使纳米压印胶层2冷却固化。
S8：如图6和图7所示，纳米压印胶层2固化后进行脱模，得到具有多个光栅线的第二多阶纳米压印图形，即将纳米压印胶层2与第二压印模板5接触面与第二压印模板5分离，分离过程中使第二压印模板5均匀受力，减小第二压印模板5的形变，保证第二压印模板5的完整性，提高第二压印模板5使用寿命。
具体实施例二
多阶图形纳米压印的方法，采用PMMA板，具体包括以下步骤：
S1：提供压印材料聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA板)，选择PMMA板优点包括：(a)当温度和压力在较大的范围变化时，PMMA的收缩率不超过5％，压印过程中加热或冷却时图形结构保持良好的一致性；(b)PMMA光学性能良好，其均匀透明性在所有的塑料中最好，它可透过99％的可见光，73％的紫外光，对其加速老化240小时仍达92％，在室外使用十年后仅降至89％，被证明是制作光学器件理想的聚合物材料。
S2：采用厚度为2mm的PMMA板，PMMA板采用真空装置吸附，或衬底使用真空装置吸附，PMMA板包括PMMA材料。
S3：第一压印模板3放在加热板上加热，用加热后的第一压印模板3把PMMA材料的温度提升到190℃，同时施加8000Pa-10000Pa的压力，并在此压力下保持5min后停止加热。
S4：使用周期为300nm的等距光栅的第一压印模具3对PMMA板远离衬底1的一侧进行第一次压印前，需在第一压印模具3接触PMMA板的一侧旋涂抗粘剂以形成防粘连层，具体实施中，旋涂转速为3000r/min，旋涂时间40s，使用此工艺参数对模具接触PMMA板的一侧进行三遍旋涂，旋涂后常温放置24小时后使用。防粘连层能够防止后续步骤处理过程中第一压印模板3和PMMA材料分离时与PMMA材料相粘连，以确保第一压印模板3在脱模时不被损坏，同时保证后续步骤处理过程中复制到PMMA材料上的第一纳米压印图形不发生变形，从而降低产品缺陷，保证和提高产品的良品率，提高第一压印模具3的使用寿命，并降低制造成本。
S5：将第一压印模板3及PMMA板整体降温至室温，使PMMA板冷却固化。
S6：PMMA板固化后进行脱模，将PMMA板和第一压印模板3接触面与第一压印模板3分离，分离过程中使第一压印模板3均匀受力，减小第一压印模板3的形变，保证第一压印模板3的完整性，提高第一压印模板3的使用寿命。
S7：用周期为300nm的非等距光栅的第二压印模具5对第一纳米压印图形进行第二次压印，具体实施中，把第二压印模板5放在加热板上加热，用加热的第二压印模板5把PMMA材料温度提升到190℃，同时施加8000Pa—10000Pa的压力，并在此压力下保持5min后停止加热。
S8：将第二压印模板5及PMMA板整体降温至室温，使PMMA板冷却固化。
S9：PMMA板固化后进行脱模，得到具有多个光栅线的第二多阶纳米压印图形，即将PMMA板与第二压印模板5接触面与第二压印模板5分离，分离过程中使第二压印模板5均匀受力，减小第二压印模板5的形变，保证第二压印模板5的完整性，提高第二压印模板5使用寿命。
Claims (9)
1.一种多阶图形纳米压印的方法，特征在于：具体包括以下步骤：
步骤一：选择衬底(1)，然后在衬底(1)的一侧表面旋涂增粘剂；
步骤二：衬底(1)旋涂压印胶或使用PMMA板，在压印胶上或PMMA板上制作纳米压印图形。
2.根据权利要求1所述的一种多阶图形纳米压印的方法，其特征在于：
所述步骤二中，采用衬底旋涂压印胶，具体为：
S1：衬底(1)旋涂过增粘剂的一侧表面旋涂压印胶，以形成均匀的纳米压印胶层(2)；
S2：将纳米压印胶层(2)加热至玻璃化温度，并使用带有光栅线的第一压印模具(3)对纳米压印胶层(2)远离衬底(1)的一侧进行第一次压印，以在纳米压印胶层(2)上形成具有多个光栅线的第一纳米压印图形(4)；使用第一压印模具(3)进行压印前，需在第一压印模具(3)接触纳米压印胶层(2)的一侧旋涂抗粘剂；
S3：将衬底(1)及纳米压印胶层(2)整体降温至常温，使纳米压印胶层(2)冷却固化；
S4：纳米压印胶层(2)固化后进行脱模，将纳米压印胶层(2)和第一压印模板(3)接触面与第一压印模板(3)分离，分离过程中使第一压印模板(3)均匀受力，分离后形成第一纳米压印图形(4)；
S5：将纳米压印胶层(2)再次加热至玻璃化温度，同时使用第二压印模板(5)对第一纳米压印图形(4)进行第二次压印，以得到具有多个光栅线的第二多阶纳米压印图形(6)；
S6：衬底(1)及纳米压印胶层(2)整体降温至常温，使纳米压印胶层(2)冷却固化；
S7：纳米压印胶层(2)固化后进行脱模，将纳米压印胶层(2)与第二压印模板(5)接触面与第二压印模板(5)分离，分离过程中使第二压印模板(5)均匀受力，分离后形成第二多阶纳米压印图形(6)。
3.根据权利要求1所述的一种多阶图形纳米压印的方法，特征在于：
所述步骤二中，采用PMMA板，具体为：
PMMA板包括PMMA材料，第一压印模板(3)放在加热板上加热，用加热后的第一压印模板(3)把PMMA材料的温度提升到玻璃化温度，同时施加压力，保持固定时间后进行脱模，然后把第二压印模板(5)放在加热板上加热，用加热后的第二压印模板(5)把PMMA材料的温度提升到玻璃化温度，同时施加压力，保持固定时间后进行脱模，得到具有多个光栅线的第二多阶纳米压印图形。
4.根据权利要求1所述的一种多阶图形纳米压印的方法，特征在于：
所述的衬底(1)选自Si衬底、SiO2衬底、Si3N4衬底、SiC衬底、有机玻璃衬底及ITO玻璃衬底中的一种。
5.根据权利要求1所述的一种多阶图形纳米压印的方法，特征在于：
所述选择衬底(1)是根据制备的器件来确定，优先选取硬度大，化学性质稳定的衬底。
6.根据权利要求2所述的一种多阶图形纳米压印的方法，特征在于：
所述的纳米压印胶层(2)的胶层厚度根据具体器件要求，改变转速作调整。
7.根据权利要求2所述的一种多阶图形纳米压印的方法，特征在于：
所述纳米压印胶层(2)加热的加热方式为气流加热、红外辐射加热、超声加热和电阻加热中的一种。
8.根据权利要求2所述的一种多阶图形纳米压印的方法，特征在于：
所述的压印胶层(2)包括聚合物层，聚合物层中的聚合物为聚乙烯醇PVA、聚乙烯醇的硅化物、聚乙烯醇的氟化物、聚甲基丙烯酸甲酯PMMA、聚甲基丙烯酸甲酯的硅化物、聚甲基丙烯酸甲酯的氟化物、3-己基噻吩聚合物P3HT、3-己基噻吩聚合物的硅化物、3-己基噻吩聚合物的氟化物、聚二甲基硅氧烷PDMS、聚二甲基硅氧烷的硅化物及聚二甲基硅氧烷的氟化物中的一种。
9.根据权利要求8所述的一种多阶图形纳米压印的方法，特征在于：
所述的聚合物层的聚合物为聚甲基丙烯酸甲酯PMMA、聚乙烯醇PVA、3-己基噻吩聚合物P3HT、聚二甲基硅氧烷PDMS时，加热的温度分别是190℃、150℃、130℃、90℃以使聚合物层软化。
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN115367698A (zh) * | 2022-06-01 | 2022-11-22 | 华南理工大学 | 一种新型InP纳米线阵列及其制备方法 |
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2020
- 2020-12-09 CN CN202011446579.6A patent/CN112363367A/zh not_active Withdrawn
Cited By (2)
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| CN115367698A (zh) * | 2022-06-01 | 2022-11-22 | 华南理工大学 | 一种新型InP纳米线阵列及其制备方法 |
| CN115367698B (zh) * | 2022-06-01 | 2023-09-26 | 华南理工大学 | 一种新型InP纳米线阵列及其制备方法 |
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