热压印脱模工艺中摩擦系数影响的研究

压印胶层纳米结构在热压印脱模工艺中的变形关系到纳米器件质量的高低。为了提高纳米器件的质量,研究脱模过程中模板和压印胶之间的接触特性至关重要。采用模型优化、数值模拟和理论分析相结合的方法研究摩擦系数对胶层纳米结构受力和变形的影响,得到摩擦系数增大时von-Mises应力云图和胶层纳米结构顶端变形曲线。分析应力云图可得胶层纳米结构的最大应力和变形在脱模初期随摩擦系数增大而增大,在脱模后期随摩擦系数增大而减小,并从压印胶受力角度对胶层纳米结构顶端变形进行解释。对比顶端变形曲线可得Ni-PTFE模板最佳摩擦系数为0.20,Ni-PTFE模板最优化PTFE含量为15g/L。通过最佳接触特性对模板进行优化可以减少胶层纳米结构变形,提高纳米器件质量。     

基于纳米压印技术制备200nm周期金自支撑透射光栅

采用纳米压印技术作为制备亚微米周期光栅图案的核心技术,并结合反应离子刻蚀,电子束蒸镀,微电镀,紫外光刻,湿法刻蚀成功制作了面积为5 mm×8 mm、周期为200 nm、占空比近1∶1的大面积金自支撑透射光栅.首先利用紫外光固化纳米压印技术和反应离子刻蚀在高分子胶层上复制出石英模板上的纳米光栅结构,然后用微电镀技术制备出金光栅.为了获得具有较深槽深的光栅图形,采用了纳米压印双层胶工艺体系.此工艺利用了纳米压印技术分辨率高、效率高的优点,并且可以制备出剖面陡直、对比度高的高分辨率纳米光栅线条.最后用紫外光刻,微电镀和湿法腐蚀制作出支撑结构,获得金自支撑透射光栅.     

纳米压印光刻技术的研究与发展

介绍纳米压印光刻技术的研究现状和发展状况,分析常用的热压印(Hot Embossing Lithography,HEL)、紫外固化压印(Ultra Violet Nanoimprint Lithography,UV-NIL)及微接触压印(Micro Contact Printing,μ-CP)三种光刻的工艺过程。探讨纳米压印光刻方法的优缺点及影响压印图形质量的主要因素,旨在加深对纳米压印光刻工艺过程(模具制作、压印过程及图形转移)深层次的理解和认识,从而解决纳米压印光刻过程中存在的一些关键问题,为新型纳米压印技术的研究和发展提供必要的科学依据。     

纳米压印过程中的聚合物流变机理

针对紫外纳米压印工艺,采用有限元软件对光刻胶的流变填充过程进行了模拟.根据紫外压印中光刻胶黏度系数小的特点,建立了基于黏性流体的模型,采用流固耦合的ALE（Arbitrary Lagrange Euler）方法,系统分析了模板的周期性、占空比、深宽比及非周期结构对光刻胶填充效果的影响.结果表明,相对于非周期模板,周期结构的模板所能引起的图形转移缺陷小;占空比及深宽比对小周期模板比大周期模板的影响大.进行了纳米压印实验,实验结果与仿真结果吻合,说明了仿真的可信,可以作为模板结构设计及表面处理工艺的依据.     

微透镜阵列光扩散片特性研究及制备

分析了球面微透镜阵列扩散片的扩散和增益特性,利用光线追迹法对其进行了模拟仿真,分析了不同球面半径和球冠高度对扩散增益特性的影响.结果表明,微透镜孔径越小,其扩散性能也好;微透镜的深宽比越高,其增益性能越好.提出了微透镜阵列扩散片的制作,利用自行设计的微区纳米压印机可制作不同深宽比和不同占空比的微透镜阵列模板,通过紫外胶曝光压印技术进行复制,便可形成微透镜阵列扩散片.     

压印光刻对准中阻蚀胶层的设计及优化

针对高速旋涂造成标记区阻蚀胶薄膜覆盖不对称和压印曝光造成标记区薄膜聚合的问题，利用压印光刻压印曝光固化脱模的工艺原理，提出了用压印预处理标记表面薄膜来优化阻蚀胶层厚度和形貌的工艺方法．该方法采用下压力约束薄膜，使阻蚀胶在标记区的栅格间重新分布，从而削弱了覆盖膜的不对称性，获得了相应的薄膜厚度．采用旋涂厚度为1．1μm的覆盖膜对压印预处理工艺方法进行了试验，发现下压力大于0．48MPa时，薄膜结构具有较好的对称性，下压力为1．12MPa时，对准信号的对比度达到最大．试验结果表明，压印预处理对于压印光刻系统具有较好的工艺适应性，利用该方法优化标记区的阻蚀胶层不仅能够有效削弱覆盖膜不对称和压印曝光的影响，而且对准精度可满足100nm压印光刻的要求．     

2008纳米压印光刻国际学术会议

2008年9月26～30日,我参加Obducat AB组织的纳米压印光刻学术研讨会。纳米压印光刻（Nanoimprint Lithography,NIL）是一种全新的纳米图形复制方法,目前压印的最小特征尺寸可以达到5nm,NIL较之现行的投影光刻和其他下一代光刻技术,具有高分辨率、超低成本（国际权威机构评估同等制作水平的NIL比传统光学投影光刻至少低一个数量级）和高生产率等特点,     

纳米压印技术中模板表面的气相法抗粘连修饰

研究了采用全氟四氢辛基硅烷(F13-TCS)对纳米压印技术中所用SiO2模板进行表面修饰的情况,分析了用气相法在SiO2模板表面形成F13-TCS单分子膜的形成过程及化学机理,并用X射线光电子能谱仪(XPS)和视频光学接触角测试仪对模板修饰表面的元素成分、价态和表面能进行了测试表征,用原子力显微镜(AFM)对压印过程中的模板结构及模板复制结构进行了对比分析.结果表明,通过F13-TCS对SiO2模板的表面修饰,可以大大降低模板与压印聚合物层之间的相互作用力,在纳米压印过程中实现结构较好的转移、复制.     

浅析光刻设备与技术的发展

阐述了光刻设备技术的的发展,描述了浸没式光刻技术、纳米压印光刻工艺设备基本原理、技术优势,并展望几种光刻技术的前景。     

纳米压印光刻技术的研究

研究了一种新型的纳米结构制作方法——纳米压印光刻技术,该工艺通过阻蚀剂的物理变形而不是改变其化学特性来实现图形转移,其分辨率不受光波波长、物镜数值孔径等因素的限制,可突破传统光刻工艺的分辨率极限,论述了热压雕版压印工艺及其设备,实验表明,该工艺同时还具有高效率、低成本、大深宽比等优点。     

基于微压印成形的三维微电子机械系统制造新工艺

针对目前微电子机械系统(MEMS)制造中存在的三维加工能力不足的问题,将压印光刻技术和分层制造原理相结合,研究了三维MEMS制造的新工艺.采用视频图像原理构建了多层压印的对正系统,对正精度达到2μm.通过降低黏度和固化收缩率,兼顾弹性和固化速度,开发了适用于微压印工艺的高分辨率抗蚀剂材料,并进行了匀胶、压印和脱模工艺的优化实验.通过原子力显微镜对压印结果进行了分析,分析结果表明,图形从模具到抗蚀剂的转移误差小于8%,具有制作复杂微结构的能力,同时也为MEMS的制作提供了一种高效低成本的新方法.     

柔性光学超材料和等离子激元的发展和应用

赋予光学超材料和等离子激元器件弯折、拉伸和卷曲的特性可以开启对电磁波进行调控的新篇章,并实现新颖的器件设计和强大的功能性,例如隐身装置、超级棱镜和变换光学等.本文综述了近年来从微波到可见光不同波段产生响应的柔性光学超材料和等离子激元器件的发展和应用,包括光学结构设计、柔性基底的力学和光学性质、及与其匹配的微纳加工技术.除传统的光刻、电子束曝光、纳米粒子自组装技术外,本文还介绍了新型的纳米掩膜板和纳米压印转移技术.其中,新型低成本的适用于大面积纳米光学结构的纳米压印转移技术具有较大应用前景.文章还将讨论应力作用对不同光子器件产生的性质调控以及实现的滤波器,拉曼信号增强和传感器等方面的应用.     

基于聚合物亚微米锥形孔阵列的SERS基底制备

提出一种基于聚合物亚微米锥形孔阵列结构的SERS基底的制备方法.利用纳米压印和干法刻蚀技术,制备了亚微米级锥形硅模板,然后在其上沉积金纳米颗粒,最后通过热纳米压印技术将硅模板的结构及金纳米颗粒阵列转移到聚合物IPS上,得到一种镶嵌有金纳米颗粒的IPS亚微米锥形孔阵列结构.研究结果表明:所到得的SERS基底对R6G分子的拉曼增强因子可达到9.2×107,对浓度为1×10-12 mol/L的R6G溶液仍能测到明显的拉曼信号;此基底具有较好的重复性,测得R6G的六个主要拉曼峰强度的相对标准偏差值均小于13%,而且具有优异的柔性与透明性;与常规SERS基底相比较,具有质量轻、可折叠、便携和易处理等优势.     

压印光刻中模具空间位姿的识别及仿真

在纳米压印光刻中,为了减小模具与晶片的平行度误差,将精对正光栅标记的相对误差校正到半栅距范围之内,并建立了点光源映射的数学模型,对模具空间位姿的投影进行图像识别.在算法设计的基础上,建立了纳米压印光刻系统中的粗对正系统及其控制流程,通过仿真计算,可以将模型的转角计算精度控制在10-6rad以下,位置偏移量计算精度控制在1 nm以下,所建立的粗对正系统的检测精度可达到1μm以下,因此满足了压印光刻中下一步精对正系统的要求.     

TiO_2光阳极有序微结构的纳米压印工艺

提出一种以常温紫外固化纳米压印技术实现定制化微结构TiO_2纳米晶岛薄膜制备的工艺,用于制备垂直于透明导电基底的TiO_2薄膜光阳极.混合TiO_2粉体、分散剂、乳化剂、酒精和光固化树脂等,制备可紫外光固化的TiO_2溶胶,并经步进压印形成宽度为3μm的具有离散纳米晶岛微结构的薄膜,经保压复型优化压印工艺后处理,保证了离散纳米晶岛微结构的高保真度.经600℃烧结去除薄膜中的掺杂物,退火至450℃后获得了定制化微特征的锐钛矿型TiO_2半导体薄膜.在N719染料敏化条件下,制备出了定制化微结构光阳极的染料敏化太阳能电池.AM1.5(0.1w/cm~2)光照条件下的测试实验结果表明,该电池的光电转化效率可达2.7%.此工艺有望应用于制备高稳定性固态或准固态电解质染料敏化太阳能电池.     

紫外压印光刻中阻蚀胶残膜刻蚀工艺

针对紫外（UV）压印光刻在压印工艺过程中会产生阻蚀胶残膜的技术特点，采用以O2为反应气体来清除阻蚀胶残膜的反应离子刻蚀（RIE）工艺方法，研究了不同的反应气体流量、反应腔室压力、射频功率等刻蚀参数对刻蚀速率和刻蚀各向异性的影响，得到了刻蚀速率和刻蚀各向异性随各刻蚀参数的变化趋势图．实验结果表明，减小反应气体压力和气体流速可以降低刻蚀速率，提高刻蚀各向异性．通过对刻蚀参数的优化配置，当射频功率在200W、反应气体流速在30mL／min、反应腔室压力为0．6Pa时，刻蚀速率可以稳定在265nm／min，各向异性值可以达到13，因此实现了对压印图质形的高质量转移．     

紫外光固化中阻蚀胶薄膜应力分析及成膜控制

针对压印光刻工艺实现图章保真复型对阻蚀胶薄膜的均匀度和应力分布的要求，对匀胶过程中的时间、转速和加速度等参数进行了分析，并采用基片曲率法的Stoney公式及其近似计算公式，对不同参数环境下的薄膜应力及应力梯度分布作了计算分析．通过对比几组试验参数的应力分析结果，验证了薄膜应力的大小和应力梯度的分布主要与匀胶时间和速度有关，而与加速度的关系较小．因此，当选用匀胶转速为5000r／min、时间为30s时，薄膜应力分布最优，成膜质量最佳，能够满足压印光刻工艺中300nm级图型的保真复型需求．     

纳米压印技术制备Si基GaN纳米柱图形化衬底

采用纳米压印和反应离子刻蚀技术,通过实验研究反应离子刻蚀时间与GaN纳米柱高度的相关性,成功地在Si基GaN衬底上制备出了GaN纳米柱图形化衬底。SEM表征分析发现在图形化衬底上所制备的GaN纳米柱形貌均匀、排列整齐;室温光致发光光谱分析发现GaN纳米柱图形化衬底与GaN材料相比带边发光峰出现2．1nm的红移,发光强度增强。研究结果表明GaN纳米柱内应力得到释放且具有光子晶体的作用。     

纳米压印技术制备Si基GaN纳米柱图形化衬底

采用纳米压印和反应离子刻蚀技术,通过实验研究反应离子刻蚀时间与GaN纳米柱高度的相关性,成功地在Si基GaN衬底上制备出了GaN纳米柱图形化衬底。SEM表征分析发现在图形化衬底上所制备的GaN纳米柱形貌均匀、排列整齐;室温光致发光光谱分析发现GaN纳米柱图形化衬底与GaN材料相比带边发光峰出现2.1nm的红移,发光强度增强。研究结果表明GaN纳米柱内应力得到释放且具有光子晶体的作用。
     

金胶/碳球复合纳米材料的制备及表征

通过微波水热法,以葡萄糖水溶液为原料,制备了单分散的溶胶碳球,用自组装方法把金胶纳米粒子修饰在碳球表面合成了金胶/碳球纳米复合材料。通过扫描电镜、透射电镜、红外光谱及循环伏安等技术对最终产物的形貌、组成和光学性质进行了表征。由于所得到的金胶/碳球复合材料具有很好的化学稳定性与无毒性,同时金胶纳米粒子具有生物相容性,该复合材料可作为载体材料应用于生物分析。