纳米压印镍模板的复制工艺研究

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纳米压印光刻技术是由美籍华裔科学家斯蒂芬·周于20世纪90年代提出来的一种全新的微纳图形复制工艺技术。该技术利用1:1的无尺寸失真复制工艺,突破了传统光学光刻受光的波长极限影响的瓶颈,可以复制尺寸从几纳米到几百微米大小的图形结构。随着MEMS/NEMS工艺的不断发展,这一技术成为了近年来微纳图形复制工艺的研究热点之一,被誉为最具有发展潜力的制作纳米结构的技术之一。但是,纳米压印技术在工业化应用的道路上还存在一定的关键技术难点。其中,纳米压印模板的制作就是制约纳米压印技术发展的主要瓶颈之一。纳米压印模板是纳米压印技术最重要的工具,由于传统硅、石英材料的脆性和加工昂贵,研究人员正在研究更适合于纳米压印技术的模板材料。本文以纳米压印镍模板为研究对象,对其复制工艺、残余内应力、表面抗粘层涂覆和纳米压印实验等关键技术进行了研究,为大批量、大面积制作纳米压印镍模板奠定了基础。本文结合纳米压印技术和微电铸工艺提出了两种复制纳米压印镍模板的方法。一种是基于SU-8胶的复制工艺,经过两次压印转移纳米图形,通过电子束蒸镀工艺形成纳米结构,最后通过微电铸生长支撑背板,复制的结构与原始结构尺寸相反;另一种是基于IPS的复制工艺,只经过一次压印转移结构,通过微电铸沉积出纳米结构和支撑背板,复制的结构与原始结构尺寸相同。为了减小金属模板因残余内应力而存在弯曲的问题,对复制的镍模板进行了去应力实验,实验采用真空退火,温度为400℃,时间2小时,退火之后镍模板随炉冷却至室温。退火后的镍模板内应力有了很大的减少,模板的变得平整,适合压印。为了降低复制的镍模板的表面能,减小压印时的粘连现象,对复制的镍模板进行了表面抗粘层处理。采用的抗粘层材料为CF3(CF2)7CH2CH2PO2(OH)2,利用液相沉积工艺在镍模板表面沉积了一层单分子层的抗粘层,水接触角测量结果为128.71。,大大降低了镍模板的表面能。利用经过抗粘层处理的镍模板进行了纳米压印验证试验,试验结果表明复制的镍模板结构几乎没有尺寸损失,压印结果良好,从而验证了整个复制工艺的可行性。
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