一種金屬圖形化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于微納加工技術(shù)領(lǐng)域，具體地講，涉及一種金屬圖形化的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]圖形化是微納加工技術(shù)領(lǐng)域中最為重要的技術(shù)之一，其中，金屬圖形化對(duì)于制備電極、實(shí)現(xiàn)光互聯(lián)以及形成刻蝕掩模都極為重要?，F(xiàn)有技術(shù)的金屬圖形化技術(shù)一般采用光學(xué)曝光和顯影的技術(shù)來定義圖形，并通過刻蝕來形成圖形。這種技術(shù)大量用到有機(jī)試劑，對(duì)于有機(jī)電子器件而言難以應(yīng)用。此外，這種液相的工藝技術(shù)也無法適應(yīng)真空環(huán)境下對(duì)圖形化技術(shù)的需求?？紤]到納米結(jié)構(gòu)的高效率制備，普通光學(xué)曝光技術(shù)還受到精確度的制約。
[0003]微接觸圖形轉(zhuǎn)移技術(shù)是一類通過物理接觸來實(shí)現(xiàn)微結(jié)構(gòu)圖形從一個(gè)樣品表面向另一個(gè)樣品表面轉(zhuǎn)移的工藝技術(shù)。這種技術(shù)類似于壓印技術(shù)，但不需要將帶有圖形的模板壓入被壓印材料中，而是通過表面粘附性的差異，實(shí)現(xiàn)圖形尤其是金屬材料的轉(zhuǎn)移。然而，現(xiàn)有技術(shù)的微接觸圖形轉(zhuǎn)移技術(shù)多采用有機(jī)化學(xué)分子單層涂覆被壓印樣品來提高金屬薄膜的粘附性或者有機(jī)化學(xué)分子單層涂覆壓印版上的金屬膜來形成刻蝕掩模，但這樣都破壞了金屬與被壓印樣品的直接接觸，增加了接觸電阻，而且后者還存在有機(jī)化學(xué)分子單層的表面擴(kuò)散問題，影響圖形精度。此外，這些技術(shù)采用的壓印版上的圖形是正臺(tái)面結(jié)構(gòu)，雖然適合三維圖形的轉(zhuǎn)移，但極大增加了壓印圖形的邊緣粗糙度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種金屬圖形化方法，包括步驟:A)提供一具有預(yù)設(shè)微納圖形結(jié)構(gòu)的壓印版；B)在所述壓印版上依次形成抗粘附層及金屬膜層；C)提供一基片，并使所述基片與完成步驟B)的壓印版在預(yù)定壓力和預(yù)定溫度下進(jìn)行接觸；D)將步驟A)中的壓印版與所述基片分開，以使所述金屬膜層轉(zhuǎn)移到所述基片上，從而在所述基片上形成納米金屬結(jié)構(gòu)。
[0005]進(jìn)一步地，所述壓印版采用的材料為硅或石英或聚二甲基硅氧烷。
[0006]進(jìn)一步地，所述抗粘附層采用的材料為硅烷基的化學(xué)單層，其中，所述硅烷基的化學(xué)單層通過浸泡或旋涂的方法形成在所述壓印版上。
[0007]進(jìn)一步地，所述抗粘附層采用的材料為碳氟化合物，其中，所述碳氟化合物通過干法沉積的方法形成在所述壓印版上。
[0008]進(jìn)一步地，所述金屬膜層采用的材料為金、銀、鈦、銅、鋁、鎳、鉻中的一種或多種。
[0009]進(jìn)一步地，所述預(yù)定壓力的范圍為5標(biāo)準(zhǔn)大氣壓至15標(biāo)準(zhǔn)大氣壓。
[0010]進(jìn)一步地，所述預(yù)定溫度的范圍為70攝氏度至120攝氏度。
[0011]進(jìn)一步地，所述基片采用的材料為硅或二氧化硅或石英或聚對(duì)苯二甲酸乙二酯。
[0012]進(jìn)一步地，所述預(yù)設(shè)微納圖形結(jié)構(gòu)包括陣列排布的若干結(jié)構(gòu)體，其中，每個(gè)結(jié)構(gòu)體的側(cè)壁具有內(nèi)凹的形狀。
[0013]進(jìn)一步地，所述具有預(yù)設(shè)微納圖形結(jié)構(gòu)的壓印版通過倒模的方式形成。
[0014]本發(fā)明的金屬圖形化方法利用具有側(cè)壁內(nèi)凹的結(jié)構(gòu)體的壓印版，易于將結(jié)構(gòu)體頂端的金屬膜層與結(jié)構(gòu)體之間的金屬膜層分離，且能夠有效地減小轉(zhuǎn)移到基片上的納米金屬結(jié)構(gòu)的邊緣粗糙度。此外，本發(fā)明的金屬圖形化方法無需涂膠和顯影等濕法工藝，可以實(shí)現(xiàn)真空環(huán)境下的金屬圖形化，且可以實(shí)現(xiàn)在有機(jī)材料基片上的金屬圖形化。而且，本發(fā)明的金屬圖形化方法精度高、工藝簡單，大大降低了金屬圖形化特別是金屬納米結(jié)構(gòu)圖形化的成本，同時(shí)還能夠提高加工效率。
【附圖說明】
[0015]通過結(jié)合附圖進(jìn)行的以下描述，本發(fā)明的實(shí)施例的上述和其它方面、特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)將變得更加清楚，附圖中:
[0016]圖1是根據(jù)本發(fā)明的金屬圖形化方法的流程圖；
[0017]圖2是根據(jù)本發(fā)明的制備納米金屬結(jié)構(gòu)的過程示意圖；
[0018]圖3是根據(jù)本發(fā)明的具有預(yù)設(shè)微納圖形結(jié)構(gòu)的壓印版的另一實(shí)施方式；
[0019]圖4是形成本發(fā)明的具有預(yù)設(shè)微納圖形結(jié)構(gòu)的壓印版的模板的實(shí)施方式；
[0020]圖5是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例1的對(duì)比實(shí)驗(yàn)結(jié)果的掃描電子顯微鏡圖；
[0021]圖6是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例1的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的掃描電子顯微鏡圖；
[0022]圖7是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例2的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的示意圖；
[0023]圖8是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例3的轉(zhuǎn)移到基片上的一維金屬光柵結(jié)構(gòu)的消光比光譜圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]以下，將參照附圖來詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例。然而，可以以許多不同的形式來實(shí)施本發(fā)明，并且本發(fā)明不應(yīng)該被解釋為限制于這里闡述的具體實(shí)施例。相反，提供這些實(shí)施例是為了解釋本發(fā)明的原理及其實(shí)際應(yīng)用，從而使本領(lǐng)域的其他技術(shù)人員能夠理解本發(fā)明的各種實(shí)施例和適合于特定預(yù)期應(yīng)用的各種修改。
[0025]圖1是根據(jù)本發(fā)明的金屬圖形化方法的流程圖。圖2是根據(jù)本發(fā)明的制備納米金屬結(jié)構(gòu)的過程示意圖；其中，(a)圖為本發(fā)明的金屬圖形化方法的步驟110的示意圖；(b)圖為本發(fā)明的金屬圖形化方法的步驟120的示意圖；(C)圖為本發(fā)明的金屬圖形化方法的步驟130的示意圖；(d)圖為本發(fā)明的金屬圖形化方法的步驟140的示意圖。
[0026]參照?qǐng)D1和圖2，在步驟110中，提供一具有預(yù)設(shè)微納圖形結(jié)構(gòu)的壓印版10。這里，所述預(yù)設(shè)微納圖形結(jié)構(gòu)包括陣列排布的若干結(jié)構(gòu)體11，其中，每個(gè)結(jié)構(gòu)體11具有其側(cè)壁內(nèi)凹的形狀。在本發(fā)明中，可利用各向同性刻蝕的方法直接在平整、光滑的壓印版的表面形成具有側(cè)壁內(nèi)凹的形狀的若干結(jié)構(gòu)體11的壓印版10。
[0027]在本發(fā)明中，壓印版10采用的材料為硅或石英或聚二甲基硅氧烷，但本發(fā)明并不局限于此。
[0028]在步驟120中，在壓印版10上依次形成抗粘附層20及金屬膜層30。這里，抗粘附層20可采用的材料為硅烷基的化學(xué)單層或碳氟化合物；其中，當(dāng)抗粘附層20采用的材料為硅烷基的化學(xué)單層時(shí)，可通過浸泡或旋涂的方法將硅烷基的化學(xué)單層形成在壓印版10上；當(dāng)抗粘附層20采用的材料為碳氟化合物時(shí)，可通過干法沉積的方法將碳氟化合物形成在壓印版10上。
[0029]在抗粘附層20上沉積形成金屬膜層30。在本發(fā)明中，金屬膜層30為一層金屬膜，但本發(fā)明并不限制于此，金屬膜層30可包括多層金屬膜。此外，在本發(fā)明中，可通過熱蒸發(fā)或電子束蒸發(fā)或?yàn)R射的方法制備金屬膜層30。金屬膜層30采用的材料為金、銀、鈦、銅、鋁、鎳、鉻中的一種或多種。
[0030]在步驟130中，提供一基片40，并使該基片40與完成步驟120的壓印版10在預(yù)定壓力和預(yù)定溫度下進(jìn)行接觸。這里，所述預(yù)定壓力的范圍可在5標(biāo)準(zhǔn)大氣壓至15標(biāo)準(zhǔn)大氣壓之間，但本發(fā)明并不限制于此。所述預(yù)定溫度的范圍可在70攝氏度至120攝氏度之間，但本發(fā)明并不限制于此?；?0采用的材料可為硅等無機(jī)半導(dǎo)體材料、二氧化硅或石英、聚對(duì)苯二甲酸乙二酯(PET)等有機(jī)材料。
[0031]在步驟140中，將步驟110中的壓印版10與基片40分開，以使金屬膜層30轉(zhuǎn)移到基片40上，從而在基片40上形成納米金屬結(jié)構(gòu)(或稱金屬圖案)。這里，該納米金屬結(jié)構(gòu)可作為電極或刻蝕掩?；蚬鈱W(xué)功能器件(例如濾波器、光束調(diào)控器、偏振器等)。
[0032]此外，還可通過其他的方式形成本發(fā)明的具有預(yù)設(shè)微納圖形結(jié)構(gòu)的壓印版10。圖3是根據(jù)本發(fā)明的具有預(yù)設(shè)微納圖形結(jié)構(gòu)的壓印版的另一實(shí)施方式。
[0033]參照?qǐng)D3，在壓印版10上設(shè)置掩膜層50 ;對(duì)掩膜層50及壓印版10進(jìn)行刻蝕，由于掩膜層50的刻蝕速率小于壓印版10的刻蝕速率，所以通過控制刻蝕過程，可使壓印版10上形成由若干支撐體12與若干掩膜體51組合成的預(yù)設(shè)微納圖形結(jié)構(gòu)。優(yōu)選的，若干支撐體12等間隔排列，且若干掩膜體51等間隔排列。并且，每個(gè)支撐體12的寬度小于其對(duì)應(yīng)的掩膜體51的寬度，這樣，每個(gè)支撐體12與其對(duì)應(yīng)的掩膜體51之間形成內(nèi)凹結(jié)構(gòu)。
[0034]此外，作為另一種實(shí)施方式，也可通過聚二甲基硅氧烷(PDMS)倒模的方法(即將PDMS注入到若干支撐體12與若干掩膜體51組合成的預(yù)設(shè)微納圖形結(jié)構(gòu)之間，凝固之后取出)形成軟模板，即具有預(yù)設(shè)微納圖形結(jié)構(gòu)的壓印版。
[0035]圖4是形成本發(fā)明的具有預(yù)設(shè)微納圖形結(jié)構(gòu)的壓印版的模板的實(shí)施方式。
[0036]參照?qǐng)D4，在壓印版10上設(shè)置掩膜層50 ;對(duì)掩膜層50及壓印版10進(jìn)行刻蝕，由于掩膜層50的刻蝕速率小于壓印版10的刻蝕速率，所以通過控制刻蝕過程，可使壓印版10上形成由若干支撐體12與若干掩膜體51組合成的預(yù)設(shè)微納圖形結(jié)構(gòu)。優(yōu)選的，若干支撐體12等間隔排列，且若干掩膜體51等間隔排列。并且，每個(gè)支撐體12的寬度小于其對(duì)應(yīng)的掩膜體51的寬度，這樣，每個(gè)支撐體12與其對(duì)應(yīng)的掩膜體51之間形成內(nèi)凹結(jié)構(gòu)。
[0037]此外，作為另一種實(shí)施方式，也可通過聚二甲基硅氧烷(PDMS)倒模的方法(即將PDMS注入到若干支撐體12與若干掩膜體51組合成的預(yù)設(shè)微納圖形結(jié)構(gòu)之間，凝固之后取出)形成軟模板，即