一种适用于非真空环境下的紫外光软模纳米压印软模板及其制备方法和应用

本发明属于微纳加工，涉及一种适用于非真空环境下的紫外光软模纳米压印软模板及其制备方法和应用。

背景技术：

1、在过去的二十年中，器件不断向微型化的方向发展，这对微纳加工工艺提出了更高要求。高分辨加工通常是通过电子束、激光束或离子束的直接书写，这需要复杂的设施，消耗大量的时间和人力，导致成本高。紫外光软膜纳米压印（nil）技术被认为是一种新兴的低成本、高产量的大面积纳米图案化技术。可以在低成本的情况下大规模制造周期性图案和结构。

2、尽管现有的紫外光软膜纳米压印技术发展的较为成熟，能够实现大规模微纳加工，但紫外光软膜纳米压印需要在真空环境下进行，在大气环境中仍然面临着严峻挑战：加工过程中，材料可能会受抗蚀剂中蒸发的溶剂影响，并且紫外光、氧和聚合物基材料相互作用后可能会产生副产物，此外，与真空室相比，在大气压力下，正模式或负模式的拉普拉斯压力对抗蚀剂毛细管填充的影响不同，这会直接导致加工失败。

技术实现思路

1、针对上述问题，本发明提供了一种适用于于非真空环境下的紫外光软模纳米压印软模板及其制备方法和应用，目的在于解决大气环境下如纳米压印此类的接触式图形转移技术在压印、脱模过程中造成的模板与微纳结构损坏的问题。

2、为解决上述技术问题，本发明采用以下技术：

3、一种适用于非真空环境下的紫外光软模纳米压印软模板的制备方法，其特征在于，采用以下步骤：

4、（1）对带有微纳结构的母模板进行预处理；

5、（2）在步骤（1）所述预处理的母模板上沉积抗粘层材料；

6、（3）将聚二甲基硅氧烷（pdms）溶液旋涂在覆盖有步骤（2）所述沉积抗粘层材料的母模板上形成特征层，预烘部分固化，然后将母模板放置在预成型模具中，将聚二甲基硅氧烷浇铸到模具中，充分烘烤，聚二甲基硅氧烷和特征层粘结为一体，从母模板上剥离，制得所述软模板。

7、进一步地，步骤（1）中，所述带有微纳结构的母模板为带有微纳结构的石英母或硅基模板；所述预处理是将微纳结构的母模板依次用丙酮、异丙醇冲洗，用高纯氮气吹干母模板表面，再烘干模板。

8、进一步地，所述烘干温度为200～250℃。

9、进一步地，步骤（2）中，所述沉积温度为230～300℃；所述抗粘层材料为全氟十二烷基三氯硅烷（fdts）、聚甲基丙烯酸酯、聚乳酸、聚苯乙烯或聚碳酸酯；所述抗粘层材料的厚度为2～3 nm。

10、进一步地，步骤（3）中，所述的旋涂转速为600～3000 r/min；旋涂时间为20～60s，聚二甲基硅氧烷涂层厚度为100～200 µm；所述充分烘烤的温度为60～80℃，烘烤时间为60～180 min。

11、进一步地，步骤（3）中，聚二甲基硅氧烷溶液的制备方法为将30-60 wt%的甲苯水溶液以10：1的体积比与聚二甲基硅氧烷混合。

12、一种上述制备方法制备的基于非真空环境下的紫外光软模纳米压印软模板，弹性模量在5～20 n/mm2，裂断伸长率为60～80%。

13、一种上述适用于非真空环境下的紫外光软模纳米压印软模板的应用，其特征在于，所述模板可应用于微纳结构领域。

14、进一步地，所述应用方法为：利用软模板设计出与之匹配纳米压印设备压印仓，将晶片插入软膜纳米设备的压印平台，软模板可横向或纵向移动以对准样品中心，软模板首先接触到样品中心，将软模板的微纳结构转移至样品；继续上移，软模板逐渐压平，模板上的微纳结构也随之转移到边缘最终实现整个样品微纳结构图案转移，经紫外光曝光处理后将软模板与基底分离，得到带有微纳结构的晶圆。

15、进一步地，采用透镜组辅助对准。

16、进一步优选的，采用多焦点doe元件辅助对准。

17、进一步地，压印平台上升速率为0.1～10 mm/min。

18、进一步地，步骤（4）中，压印机的压力为200～400千帕。

19、进一步地，紫外光曝光的光强为800～2000 mj/cm2。

20、进一步地，紫外光曝光时间为1～2 min。

21、本发明的有益效果：是利用基于环境中心到边缘压印的外光软模压印实验装置，软模板重复使用性高，抗蚀剂挥发的溶剂和紫外光、氧气与聚合物基材料相互作用可能产生的副产物对压印几乎没有影响。在大气压力和氧气的存在并不妨碍压印效果，保持了较高的压印均匀性，能够实现低成本、大面积、微纳尺寸可调的周期性纳米结构制造。

技术特征：

1.一种适用于非真空环境下的紫外光软模纳米压印软模板的制备方法，其特征在于，采用以下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述带有微纳结构的母模板为带有微纳结构的石英母或硅基模板；所述预处理是将微纳结构的母模板依次用丙酮、异丙醇冲洗，用高纯氮气吹干母模板表面，再烘干模板。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述烘干温度为200～250℃。

4. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，所述沉积温度为230～300℃；所述抗粘层材料为全氟十二烷基三氯硅烷、聚甲基丙烯酸酯、聚乳酸、聚苯乙烯或聚碳酸酯；所述抗粘层材料的厚度为2～3 nm。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（3）中，所述的旋涂转速为600～3000r/min；旋涂时间为20～60 s，聚二甲基硅氧烷涂层厚度为100～200µm；所述充分烘烤的温度为60～80℃，烘烤时间为60～180min。

6. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（3）中，聚二甲基硅氧烷溶液的制备方法为将30-60 wt%的甲苯水溶液以10：1的体积比与聚二甲基硅氧烷混合。

7. 一种权利要求1-6任一项所述的制备方法制备的基于非真空环境下的紫外光软模纳米压印软模板，其特征在于，所述软模版的弹性模量在5～20 n/mm2，裂断伸长率为60～80%。

8.一种权利要7所述的适用于非真空环境下的紫外光软模纳米压印软模板的应用，其特征在于，所述模板可应用于微纳光子器件、太阳能电池板、薄膜电池、弯曲显示器领域。

9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，所述应用方法为：利用软模板设计出与之匹配纳米压印设备压印仓，将晶圆插入软膜纳米压印机，软模板可横向或纵向移动以对准样品中心，软模板首先接触到样品中心，将软模板的微纳结构转移至样品；继续上移，软模板逐渐压平，模板上的微纳结构也随之转移到边缘最终实现整个样品微纳结构图案转移，经紫外光曝光处理后将软模板与基底分离，得到带有微纳结构的晶圆。

技术总结
本发明属于微纳加工技术领域，涉及一种适用于非真空环境下的紫外光软模纳米压印软模板及其制备方法和应用。本发明利用全氟十二烷基三氯硅烷制备抗粘层，采用二甲基硅氧烷作为纳米压印软模板。将此双层复合软模板加载到自主搭建的纳米压印设备能够在非真空环境下保持较高的压印均匀性，实现低成本、大面积、微纳尺寸可调的周期性纳米结构制造，在微纳光子器件、太阳能电池板、薄膜电池、弯曲显示器等柔性电子器件等领域具有广泛的应用前景。

技术研发人员：李云霄,司书浩,史晓华,程晨
受保护的技术使用者：山东师范大学
技术研发日：
技术公布日：2024/11/7