微纳加工 | 纳米压印(NIL)技术介绍及应用

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什么是纳米压印技术?

纳米压印光刻 (NIL) 是一种利用带有微纳结构图案的模板,将图案转移到相应衬底上制作出纳米级图案的微纳加工工艺,转移的介质通常是一层很薄的聚合物膜,是加工聚合物结构最常用的加工方法。拥有成本低、工期短、产量高、分辨率高等优点。

成熟且常用的纳米压印技术工艺主要有:纳米热压印(T-NIL) 技术、紫外光固化压印( UV-NIL) 技术和微接触印刷( μCP)

纳米压印原理

纳米压印过程中主要包含三个步骤:1、图形模板制备    2、图形复制    3、图形转移

在硅或其他衬底上预先附上聚合物涂层(例如聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、聚碳酸酯等)作为基体,将已刻有纳米图案的模板通过相应的设备和器具配合,与基体接触并进行精确压印定型,经过一定的条件(例如时间、压力、温度、光照等)后,将模板与基体分离,这样便能实现图形的复制,使模板表面的纳米结构图案转移到基体表面的聚合物涂层上。随后,采用刻蚀技术或剥离技术,将聚合物涂层上的纳米结构图案转移到基体上,实现纳米结构图案的转移。

各种纳米压印工艺介绍

  • 纳米热压印工艺(T-NIL)

标准的纳米热压印工艺(T-NIL)是将薄的抗蚀剂(热塑性聚合物)旋涂到样品基板上,然后将具有预定义拓扑图案的模板与样品接触,并在一定压力下将它们压在一起。当聚合物被加热到玻璃化转变温度以上时,将模板上的图案压入软化的聚合物薄膜中。待冷却后,将模板与样品分离,图案抗蚀剂留在基底上。可以使用图案转移过程(反应离子刻蚀)将抗蚀剂中的图案转印到下面的基底。

  • 紫外光固化压印( UV-NIL) 

与纳米热压印不同,紫外光固化压印( UV-NIL) 是一种在室温下进行的压印技术,是将可光 (UV) 固化的液体抗蚀剂应用于样品基底,模板通常由透明材料制成,例如石英或 PDMS。将模板和基底压在一起后,抗蚀剂在紫外光下固化并变成固体。在模板分离之后,可以使用类似的图案转移工艺将抗蚀剂中的图案转移到下面的材料上。

  • 微接触印刷( μCP)

微接触印刷技术又称为软压印技术,相较于热压和紫外压印所采用的硬质模板,微接触压印通常使用电子束或者光学光刻等手段在聚二甲基氧烷( PDMS) 上制作图形,然后以图形化后的 PDMS 作为压印用的模板,再通过分子自组装原理进行压印工艺。

纳米压印技术的应用

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