納米級(jí)規(guī)則褶皺結(jié)構(gòu)的加工方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種納米級(jí)規(guī)則褶皺結(jié)構(gòu)的加工方法。該方法主要包括:選取并制備可拉伸基底材料,使用夾具將所述可拉伸基底材料進(jìn)行預(yù)拉伸,利用氟基氣體的等離子體刻蝕在所述預(yù)拉伸后的基底材料上生長氟碳聚合物材料,將生長了氟碳聚合物材料的基底材料釋放,得到納米級(jí)規(guī)則褶皺結(jié)構(gòu)。本發(fā)明實(shí)施例采用在可拉伸基底材料上淀積氟碳聚合物方法制備褶皺結(jié)構(gòu),無需光刻工藝即可實(shí)現(xiàn)納米級(jí)規(guī)則褶皺結(jié)構(gòu)的加工制備,加工方法簡單、穩(wěn)定性好、并可大面積制造。本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)500nm以下褶皺結(jié)構(gòu)的制備,此范圍結(jié)構(gòu)對(duì)材料本身透明度、反射率等參數(shù)影響很小,可極大提高其應(yīng)用范圍。
【專利說明】
納米級(jí)規(guī)則褶皺結(jié)構(gòu)的加工方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及微納米結(jié)構(gòu)技術(shù)領(lǐng)域,尤其涉及一種納米級(jí)規(guī)則褶皺結(jié)構(gòu)的加工方法。
【背景技術(shù)】
[0002]材料與結(jié)構(gòu)在微納米尺度展現(xiàn)了許多不同于宏觀尺度的新特征,納米技術(shù)已經(jīng)成為當(dāng)前科學(xué)研究與工業(yè)開發(fā)的熱門領(lǐng)域之一。目前,主流的微納米結(jié)構(gòu)的制備手段集中在以光刻為基礎(chǔ)的工藝過程中,該過程可以同步進(jìn)行大面積規(guī)則結(jié)構(gòu)的制備,有加工效率高、結(jié)構(gòu)規(guī)則可控等優(yōu)點(diǎn)。但由于光譜自身波長的限制,當(dāng)加工制備的線條尺寸達(dá)到Uim及以下的時(shí)候,會(huì)有非常明顯的衍射現(xiàn)象出現(xiàn),這將極大地降低加工制備結(jié)構(gòu)的質(zhì)量。而一些微電子公司(如英特爾、臺(tái)積電等)采用的EUV光刻、沉浸式光刻等手段雖然能實(shí)現(xiàn)該尺度的加工制備,但由于這種光刻機(jī)的價(jià)格高昂,普通高校、科研單位、小的公司很難利用這種加工手段制備微納米結(jié)構(gòu),因此,尋找一種成本低廉、易于實(shí)現(xiàn)該尺度加工的工藝手段是一個(gè)亟待解決的問題。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003]本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種納米級(jí)規(guī)則褶皺結(jié)構(gòu)的加工方法,以實(shí)現(xiàn)制備500nm以下褶皺結(jié)構(gòu)。
[0004]本發(fā)明提供了如下方案:
[0005]—種納米級(jí)規(guī)則褶皺結(jié)構(gòu)的加工方法,包括:
[0006]選取并制備可拉伸基底材料;
[0007]使用夾具將所述可拉伸基底材料進(jìn)行預(yù)拉伸;
[0008]利用氟基氣體的等離子體刻蝕在所述預(yù)拉伸后的基底材料上生長氟碳聚合物材料;
[0009]將生長了氟碳聚合物材料的基底材料釋放,得到納米級(jí)規(guī)則褶皺結(jié)構(gòu)。
[0010]進(jìn)一步地,所述基底材料為有一定彈性的娃膠材料,厚度為10ym-5mm。
[0011]進(jìn)一步地,所述的使用夾具將所述可拉伸基底材料進(jìn)行預(yù)拉伸,包括:
[0012]在培養(yǎng)皿中涂覆一層所述可拉伸基底材料,對(duì)所述培養(yǎng)皿以800C加熱30min使所述可拉伸基底材料固化;
[0013]使用夾具將固化后的可拉伸基底材料進(jìn)行預(yù)拉伸,拉伸比例為5%_200%,所述預(yù)拉伸為單軸拉伸或者多軸拉伸。
[0014]進(jìn)一步地,所述的利用氟基氣體的等離子體刻蝕在所述預(yù)拉伸后的基底材料上生長氟碳聚合物材料,包括:
[0015]將預(yù)拉伸后的基底材料放入儀器腔內(nèi),利用氟基氣體的等離子體刻蝕在預(yù)拉伸的基底材料上生長氟碳聚合物材料,所述氟基氣體為氟基烷類氣體,所述氟碳聚合物材料的厚度為Inm-1ym0[ΟΟ??]進(jìn)一步地,所述生長了氟碳聚合物材料的基底材料的釋放時(shí)間為0.ls-10min。
[0017]進(jìn)一步地,所述的方法還包括:
[0018]將所述納米級(jí)規(guī)則褶皺結(jié)構(gòu)作為模具,將可拉伸基底基液按一定比例混合并去氣泡,將去氣泡后的基液涂覆于所述模具上,并加熱;所述基液涂覆厚度為10ym-5mm,所述加熱溫度為60°C_150°C,加熱時(shí)間為10min-200min,將所述模具與基液凝固形成的膜分離開來,得到所述納米級(jí)規(guī)則褶皺結(jié)構(gòu)的相反結(jié)構(gòu)。
[0019]由上述本發(fā)明的實(shí)施例提供的技術(shù)方案可以看出,本發(fā)明實(shí)施例采用在可拉伸基底材料上淀積氟碳聚合物方法制備裙皺結(jié)構(gòu),無需光刻工藝即可實(shí)現(xiàn)納米級(jí)規(guī)則裙皺結(jié)構(gòu)的加工制備,加工方法簡單、穩(wěn)定性好、并可大面積制造。本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)500nm以下褶皺結(jié)構(gòu)的制備,此范圍結(jié)構(gòu)對(duì)材料本身透明度、反射率等參數(shù)影響很小,可極大提高其應(yīng)用范圍。
【附圖說明】
[0020]為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案,下面將對(duì)實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹,顯而易見地,下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例,對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講,在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下,還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0021 ]圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種納米級(jí)規(guī)則褶皺結(jié)構(gòu)示意圖;
[0022]圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種納米級(jí)規(guī)則褶皺結(jié)構(gòu)的加工方法的處理流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施方式,所述實(shí)施方式的示例在附圖中示出,其中自始至終相同或類似的標(biāo)號(hào)表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實(shí)施方式是示例性的,僅用于解釋本發(fā)明,而不能解釋為對(duì)本發(fā)明的限制。
[0024]本技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解,除非特意聲明,這里使用的單數(shù)形式“一”、“一個(gè)”、“所述”和“該”也可包括復(fù)數(shù)形式。應(yīng)該進(jìn)一步理解的是,本發(fā)明的說明書中使用的措辭“包括”是指存在所述特征、整數(shù)、步驟、操作、元件和/或組件,但是并不排除存在或添加一個(gè)或多個(gè)其他特征、整數(shù)、步驟、操作、元件、組件和/或它們的組。應(yīng)該理解,當(dāng)我們稱元件被“連接”或“耦接”到另一元件時(shí),它可以直接連接或耦接到其他元件,或者也可以存在中間元件。此外,這里使用的“連接”或“耦接”可以包括無線連接或耦接。這里使用的措辭“和/或”包括一個(gè)或更多個(gè)相關(guān)聯(lián)的列出項(xiàng)的任一單元和全部組合。
[0025]本技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解,除非另外定義,這里使用的所有術(shù)語(包括技術(shù)術(shù)語和科學(xué)術(shù)語)具有與本發(fā)明所屬領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員的一般理解相同的意義。還應(yīng)該理解的是,諸如通用字典中定義的那些術(shù)語應(yīng)該被理解為具有與現(xiàn)有技術(shù)的上下文中的意義一致的意義,并且除非像這里一樣定義,不會(huì)用理想化或過于正式的含義來解釋。
[0026]為便于對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的理解,下面將結(jié)合附圖以幾個(gè)具體實(shí)施例為例做進(jìn)一步的解釋說明,且各個(gè)實(shí)施例并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的限定。
[0027]褶皺結(jié)構(gòu)是一種在自然界廣泛存在的結(jié)構(gòu),包括皮膚表皮、山川、衣服等等,其特征結(jié)構(gòu)一般在103m_10—6m左右。近年來,研究發(fā)現(xiàn),通過對(duì)可拉伸基底施加特定的應(yīng)力,其表面剛性薄膜會(huì)形成規(guī)則的裙皺結(jié)構(gòu),其特征尺寸在微米量級(jí),這種工藝方法為微納米加工工藝提供了新的思路。該方法涉及到可拉伸基底和表面剛性薄膜的材料選擇,以及可拉伸基底應(yīng)力應(yīng)變的施加方式。通??衫旎撞牧线x用聚二甲苯硅氧烷(polydimethyIsiloxane,PDMS),而剛性材料采用紫外\臭氧、氧等離子體處理F1DMS表面形成的硅氧化物,或者通過濺射金屬等方法在其表面形成金屬薄膜,由于材料本身性質(zhì)的限制,二者均難以實(shí)現(xiàn)500nm以下尺度結(jié)構(gòu)的制備,且此尺度結(jié)構(gòu)和濺射金屬的方法均會(huì)削弱材料的透明度,限制其潛在應(yīng)用。
[0028]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題,本發(fā)明目的在于提供一種實(shí)現(xiàn)尺度低于500nm的規(guī)則褶皺結(jié)構(gòu)的加工制備方法,并且襯底材料不限于聚二甲苯硅氧烷,還可在一些其他的可拉伸的基底上實(shí)現(xiàn)類似結(jié)構(gòu),例如Smooth on公司的Solar is等。
[0029]圖1為本發(fā)明實(shí)施例的納米級(jí)規(guī)則褶皺結(jié)構(gòu)的示意圖,其結(jié)構(gòu)包括:氟碳聚合物I和可拉伸基底2,本發(fā)明實(shí)施例提供的一種納米級(jí)規(guī)則褶皺結(jié)構(gòu)的加工制備方法的處理流程如圖2所示,包括如下的處理步驟:
[0030]步驟a、選取并制備可拉伸基底材料;
[0031]所述可拉伸基底材料為有一定彈性的硅膠材料如聚二甲苯硅氧烷、Solaris等材料,所述可拉伸基底材料厚度為10ym-5mm ;
[0032]之后在培養(yǎng)皿中涂覆一層上述可拉伸基底材料,并以80°C加熱30min使可拉伸基底材料固化。
[0033]步驟b、使用夾具將固化后的可拉伸基底材料進(jìn)行預(yù)拉伸,拉伸比例為5%_200%。所述拉伸不局限其拉伸方向,可為單軸拉伸或者多軸拉伸;
[0034]步驟c、將預(yù)拉伸后的基底材料放入儀器腔內(nèi),利用氟基氣體的等離子體刻蝕在預(yù)拉伸的基底材料上生長氟碳聚合物材料;
[0035]所述氟基氣體為氟基烷類氣體,如CF4、C4F8等;
[0036]所述等離子刻蝕通過能夠產(chǎn)生等離子體的設(shè)備實(shí)現(xiàn),如反應(yīng)離子刻蝕機(jī)(RIE)、電感耦合等離子體刻蝕機(jī)(ICP)、磁控濺射設(shè)備等;
[0037]所述氟碳聚合物材料的厚度為Inm-lym。
[0038]步驟d、將生長了氟碳聚合物材料的基底材料緩慢釋放,釋放時(shí)間為0.ls-lOmin,得到納米級(jí)規(guī)則褶皺結(jié)構(gòu)。
[0039]作為本發(fā)明的納米級(jí)規(guī)則褶皺結(jié)構(gòu)加工方法的一種擴(kuò)展方案,可以快速制備納米級(jí)規(guī)則褶皺結(jié)構(gòu)的相反結(jié)構(gòu),可用于納米級(jí)規(guī)則褶皺結(jié)構(gòu)的快速復(fù)制制備,可視為該加工方法的一個(gè)拓展,上述擴(kuò)展方案的具體技術(shù)方案如下:
[0040]步驟e、將可拉伸基底基液按一定比例混合并去氣泡,所述基底基液混色比例可以為 5:1—10:1;
[0041 ]步驟f、在步驟d得到的納米級(jí)規(guī)則裙皺結(jié)構(gòu)作為模具,將上述步驟e中的基液均勾涂覆于模具上,并加熱;所述基液涂覆厚度為10ym-5mm,所述加熱溫度為60°C-150°C,加熱時(shí)間為10min_200min ο
[0042]步驟g、將步驟f中的模具與基液凝固形成的膜分離開來,得到納米級(jí)規(guī)則褶皺結(jié)構(gòu)的相反結(jié)構(gòu);
[0043]以上所述制備步驟,其制備流程并非固定不變,根據(jù)實(shí)際需要可調(diào)整順序或刪減步驟。
[0044]本發(fā)明實(shí)施例的納米級(jí)規(guī)則褶皺結(jié)構(gòu)可以在聚二甲基硅氧烷、Solaris上形成結(jié)構(gòu)的AFM(原子力顯微鏡,Atomic Force Microscope)圖片。
[0045]綜上所述,本發(fā)明實(shí)施例采用在可拉伸基底材料上淀積氟碳聚合物方法制備褶皺結(jié)構(gòu),無需光刻工藝即可實(shí)現(xiàn)納米級(jí)規(guī)則裙皺結(jié)構(gòu)的加工制備,加工方法簡單、穩(wěn)定性好、并可大面積制造。
[0046]2、本發(fā)明對(duì)基底材料沒有特殊選擇性,常用可拉伸材料上均可實(shí)現(xiàn)褶皺結(jié)構(gòu)的加工制備,具有一定的普適性。
[0047]3、本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)500nm以下褶皺結(jié)構(gòu)的制備,此范圍結(jié)構(gòu)對(duì)材料本身透明度、反射率等參數(shù)影響很小,可極大提高其應(yīng)用范圍。
[0048]4、本發(fā)明提供的方法加工實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了氟碳聚合物的淀積,從而可將帶有結(jié)構(gòu)的基底作為模具利用軟光刻技術(shù)實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的快速復(fù)制。
[0049]本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解:附圖只是一個(gè)實(shí)施例的示意圖,附圖中的模塊或流程并不一定是實(shí)施本發(fā)明所必須的。
[0050]本說明書中的各個(gè)實(shí)施例均采用遞進(jìn)的方式描述,各個(gè)實(shí)施例之間相同相似的部分互相參見即可,每個(gè)實(shí)施例重點(diǎn)說明的都是與其他實(shí)施例的不同之處。尤其,對(duì)于裝置或系統(tǒng)實(shí)施例而言,由于其基本相似于方法實(shí)施例,所以描述得比較簡單,相關(guān)之處參見方法實(shí)施例的部分說明即可。以上所描述的裝置及系統(tǒng)實(shí)施例僅僅是示意性的,其中所述作為分離部件說明的單元可以是或者也可以不是物理上分開的,作為單元顯示的部件可以是或者也可以不是物理單元,即可以位于一個(gè)地方,或者也可以分布到多個(gè)網(wǎng)絡(luò)單元上。可以根據(jù)實(shí)際的需要選擇其中的部分或者全部模塊來實(shí)現(xiàn)本實(shí)施例方案的目的。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的情況下,即可以理解并實(shí)施。
[0051]以上所述,僅為本發(fā)明較佳的【具體實(shí)施方式】,但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此,任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi),可輕易想到的變化或替換,都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此,本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種納米級(jí)規(guī)則褶皺結(jié)構(gòu)的加工方法,其特征在于,包括: 選取并制備可拉伸基底材料; 使用夾具將所述可拉伸基底材料進(jìn)行預(yù)拉伸; 利用氟基氣體的等離子體刻蝕在所述預(yù)拉伸后的基底材料上生長氟碳聚合物材料; 將生長了氟碳聚合物材料的基底材料釋放,得到納米級(jí)規(guī)則褶皺結(jié)構(gòu)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所示的納米級(jí)規(guī)則褶皺結(jié)構(gòu)的加工方法,其特征在于,所述基底材料為有一定彈性的娃膠材料,厚度為10μηι-5_。3.根據(jù)權(quán)利要求1所示的納米級(jí)規(guī)則褶皺結(jié)構(gòu)的加工方法,其特征在于,所述的使用夾具將所述可拉伸基底材料進(jìn)行預(yù)拉伸,包括: 在培養(yǎng)皿中涂覆一層所述可拉伸基底材料,對(duì)所述培養(yǎng)皿以80 0C加熱30min使所述可拉伸基底材料固化; 使用夾具將固化后的可拉伸基底材料進(jìn)行預(yù)拉伸,拉伸比例為5%_200%,所述預(yù)拉伸為單軸拉伸或者多軸拉伸。4.根據(jù)權(quán)利要求1所示的納米級(jí)規(guī)則褶皺結(jié)構(gòu)的加工方法,其特征在于,所述的利用氟基氣體的等離子體刻蝕在所述預(yù)拉伸后的基底材料上生長氟碳聚合物材料,包括: 將預(yù)拉伸后的基底材料放入儀器腔內(nèi),利用氟基氣體的等離子體刻蝕在預(yù)拉伸的基底材料上生長氟碳聚合物材料,所述氟基氣體為氟基烷類氣體,所述氟碳聚合物材料的厚度為Inm-1ym05.根據(jù)權(quán)利要求4所示的納米級(jí)規(guī)則褶皺結(jié)構(gòu)的加工方法,其特征在于,所述生長了氟碳聚合物材料的基底材料的釋放時(shí)間為0.ls-10min。6.根據(jù)權(quán)利要求5所示的納米級(jí)規(guī)則褶皺結(jié)構(gòu)的加工方法,其特征在于,所述的方法還包括: 將所述納米級(jí)規(guī)則褶皺結(jié)構(gòu)作為模具,將可拉伸基底基液按一定比例混合并去氣泡,將去氣泡后的基液涂覆于所述模具上,并加熱;所述基液涂覆厚度為10μπι-5πιπι,所述加熱溫度為60°C-150°C,加熱時(shí)間為10min-200min,將所述模具與基液凝固形成的膜分離開來,得到所述納米級(jí)規(guī)則裙皺結(jié)構(gòu)的相反結(jié)構(gòu)。
【文檔編號(hào)】B82Y40/00GK105905868SQ201610224857
【公開日】2016年8月31日
【申請(qǐng)日】2016年4月12日
【發(fā)明人】張海霞, 程曉亮, 繆立明, 蘇宗明
【申請(qǐng)人】北京大學(xué)