一種高深寬比柔性納米柱陣列的制造方法
【專利說明】一種高深寬比柔性納米柱陣列的制造方法
[0001]所屬領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明是屬于集成電路和微納電子機(jī)械系統(tǒng)制造領(lǐng)域，特別是一種高深寬比納米結(jié)構(gòu)陣列的制造方法。
【背景技術(shù)】
[0003]雖然高深寬比硅基納米陣列已經(jīng)成功制造，然而由于硅材料本身的彈性模量非常大(約160GP)，要想實(shí)現(xiàn)低頻振動(dòng)檢測(cè)，必須增大硅納米纖毛陣列的絕對(duì)長(zhǎng)度至幾百微米，而這是目前的加工工藝所無法實(shí)現(xiàn)的。為解決這一問題，我們考慮適當(dāng)降低納米纖毛結(jié)構(gòu)的彈性模量，進(jìn)而降低納米陣列的高度，降低刻蝕難度，實(shí)現(xiàn)低頻聲信號(hào)高靈敏度探測(cè)，為此需要研究高深寬比柔性納米陣列的制造技術(shù)。
[0004]高深寬比柔性納米結(jié)構(gòu)在可視開關(guān)以及仿生表面等領(lǐng)域已經(jīng)得到了廣泛關(guān)注，柔性結(jié)構(gòu)具有質(zhì)量輕、耐用度高、可彎曲、低成本批量生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)。然而目前的研究還不能很好的解決簡(jiǎn)單高效、高精度實(shí)現(xiàn)柔性期間的制作。對(duì)于高深寬比柔性結(jié)構(gòu)的加工來說，納米壓印技術(shù)的出現(xiàn)為其制造提供了參考。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是:為了適當(dāng)降低納米纖毛結(jié)構(gòu)的彈性模量，降低刻蝕難度，本發(fā)明提出了通過壓印的方式實(shí)現(xiàn)高深寬比納米纖毛結(jié)構(gòu)的柔性制造技術(shù)。該方法生產(chǎn)效率高，便于實(shí)現(xiàn)大批量生產(chǎn)。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案是一種高深寬比柔性結(jié)構(gòu)制造方法，包括如下步驟:
[0007]步驟1:首先需要制備高深寬比柔性納米纖毛結(jié)構(gòu)的軟模板。軟膜版以PDMS為澆注材料，基于PDMS納米壓印的主要工藝步驟為:
[0008](a)首先將加工好的硅基納米纖毛陣列采用鈍化工藝進(jìn)行表面疏水性處理。
[0009](b)將PDMS溶劑和固化劑混合均勻，放入真空烘箱內(nèi)在常溫下進(jìn)行抽氣處理，徹底去除混合物中的氣泡。最后，將PDMS預(yù)聚物倒入硅基納米纖毛陣列表面靜置。
[0010](C)待PDMS預(yù)聚物徹底進(jìn)入纖毛陣列后，用載玻片水平壓在PDMS上方，放在熱板上處理一段時(shí)間。其中納米纖毛的高度決定了 PDMS靜置時(shí)間長(zhǎng)短，高度越大，靜置時(shí)間越長(zhǎng)，反之，越短。
[0011](d)最后，待PDMS徹底固化后，將其從硅基納米纖毛陣列模具上取下，這樣就在PDMS模具上形成了高深寬納米圓孔陣列。具體工藝流程如圖1所示。
[0012]步驟2:復(fù)制高深寬比柔性納米纖毛陣列的模板。以壓印過的PDMS為模板，采用紫外光固化膠OrmoStamp材料進(jìn)行壓印，這樣就得到了和硅模具上一樣的柔性結(jié)構(gòu)，主要工藝步驟包括:
[0013](a)首先將PDMS模具采用高密度等離子體刻蝕中的鈍化工藝對(duì)表面進(jìn)行疏水性處理。
[0014](b)將OrmoStamp液體用注射器滴到表面經(jīng)疏水處理過的PDMS模具上，觀察PDMS上的表面情況，確定OrmoStamp液體是否在毛細(xì)引力的作用下完全填充PDMS上的納米孔陣列。
[0015](c)待OrmoStamp完全填充PDMS上的納米孔陣列后，取一片載玻片，采用丙酮清洗后，在熱板上烘烤并冷卻到室溫，以增加OrmoStamp液體與載玻片之間的粘附性。將載玻片水平放置在OrmoStamp液體上，在紫外光下曝光，這樣使OrmoStamp液體在紫外光作用下徹底固化。
[0016](d)最后將其在熱板上烘烤一段時(shí)間后，將PDMS模具去除，完成基于OrmoStamp的高深寬比柔性納米纖毛的制造。這樣就得到了和硅模具相同的柔性結(jié)構(gòu)，具體的工藝流程如圖3所示。
[0017]本發(fā)明的有益效果是:針對(duì)高深寬比柔性納米結(jié)構(gòu)的制造難點(diǎn)，提出了基于PDMS和紫外光固化膠OrmoStamp兩種柔性材料，通過兩次壓印的方法，實(shí)現(xiàn)高深寬比納米纖毛陣列的柔性制造，為高深寬比柔性納米結(jié)構(gòu)的制造提供重要的技術(shù)支持。
【附圖說明】
[0018]圖1娃基納米纖毛I(xiàn)的純化處理的不意圖
[0019]圖2 PDMS預(yù)聚物2涂覆硅基納米纖毛表面I的示意圖
[0020]圖3 PDMS預(yù)聚物2壓模成型的示意圖[0021 ] 圖4 PDMS固化后脫I旲的不意圖
[0022]圖5 PDMS表面2的鈍化處理的示意圖
[0023]圖6 OrmoStamp液體4涂覆PDMS表面2的不意圖
[0024]圖7 OrmoStamp 4壓膜成型及紫外光固化處理的示意圖
[0025]圖8 OrmoStamp 4與PDMS模具2剝離的不意圖
[0026]具體實(shí)施方法
[0027]本實(shí)施例中給出了一種基于上述二次納米壓印的高深寬比柔性納米陣列的制作方法，具體包括如下步驟:
[0028]步驟1:高深寬比柔性納米纖毛結(jié)構(gòu)的軟膜版采用PDMS為澆注材料，在硅基納米纖毛結(jié)構(gòu)的模板上進(jìn)行第一次壓膜成型，具體工藝流程如下:
[0029](a)將加工好的硅基納米纖毛陣列采用高密度等離子體刻蝕中的鈍化工藝進(jìn)行表面疏水性處理，其具體工藝如下:C4F8氣體流量為85sccm，下極板功率為600W，APC閥門為82%，經(jīng)過I分鐘的鈍化工藝后，沉積到硅基納米纖毛陣列表面的碳氟化和物的厚度約為150nmo
[0030](b)將PDMS溶劑和固化劑(RTV615, GE Silicones)按照重量比為6:1的比例混合，并徹底攪拌均勻，并放入真空烘箱內(nèi)在常溫下進(jìn)行抽氣處理20分鐘，徹底去除混合物中的氣泡。最后，將PDMS預(yù)聚物倒入硅基納米纖毛陣列表面，靜置30分鐘。
[0031](c)由于PDMS預(yù)聚物具有非常好的透氣性，待PDMS預(yù)聚物徹底進(jìn)入納米纖毛陣列以后，用載玻片水平壓在PDMS預(yù)聚物上方，并放在120°C的熱板上處理10分鐘。其中PDMS靜置時(shí)間的長(zhǎng)短主要由納米纖毛的高度決定，高度越大，靜置時(shí)間越長(zhǎng)，反之，越短。
[0032](d)待PDMS徹底固化后，小心將其從硅基納米纖毛陣列模具上取下，在PDMS模具上就形成了高深寬比納米圓孔陣列，如圖2所示。
[0033]步驟二:以壓印過的PDMS為模板，以紫外光固化劑OrmoStamp材料進(jìn)行壓印，這樣就得到了和硅模具上一樣的柔性材料，主要工藝步驟包括:
[0034](a)將獲得的PDMS模具同樣采用高密度等離子體刻蝕中的鈍化工藝進(jìn)行表面疏水性處理，其具體工藝如下:C4F8氣體流量為85sccm，下極板功率為600W，APC閥門為82%，經(jīng)過I分鐘的鈍化工藝后，沉積到納米纖毛陣列表面的碳氟化合物的厚度約為150nmo
[0035](b)液體采用注射器將OrmoStamp滴到經(jīng)過表面疏水性處理的PDMS模具上，經(jīng)過一段時(shí)間后，通過觀察PDMS上的表面情況，確定OrmoStamp液體是否在毛細(xì)引力的作用下完全填充PDMS上的納米孔陣列。
[0036](c)待OrmoStamp液體完全填充PDMS上的納米孔陣列以后，取一片用丙酮清洗過的載玻片，在200°C的熱板上烘烤2分鐘，并冷卻至室溫，或者采用氧等離子體對(duì)載玻片進(jìn)行短暫的處理，目的是為了增加OrmoStamp液體與載玻片之間的粘附性。將載玻片水平放在OrmoStamp液體上，接著在波長(zhǎng)為365納米的紫外光下曝光20分鐘，這樣OrmoStamp液體就會(huì)在紫外光的作用下徹底固化。
[0037](d)最后，將其在130°C的熱板上烘烤10分鐘，徹底去除高深寬比柔性納米纖毛陣列中的水分，更重要的是提高了材料的熱穩(wěn)定性以及環(huán)境的穩(wěn)定性。最后，小心將PDMS模具剝離掉，完成了基于OrmoStamp的高深寬比柔性納米纖毛制造。
[0038]圖4所示為采用兩次納米壓印之后得到的柔性高深寬比微納復(fù)合結(jié)構(gòu)陣列以及柔性高深寬比納米纖毛陣列。納米纖毛陣列結(jié)構(gòu)已經(jīng)被完全復(fù)制出來，并且納米纖毛陣列結(jié)構(gòu)形貌完好。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種高深寬比柔性結(jié)構(gòu)制造方法，包括如下步驟: 步驟1:首先需要制備高深寬比柔性納米纖毛結(jié)構(gòu)的軟模板；軟膜版以PDMS為澆注材料，基于PDMS納米壓印的主要工藝步驟為: (a)將加工好的硅基納米纖毛陣列采用鈍化工藝進(jìn)行表面疏水性處理。 (b)將PDMS溶劑和固化劑混合均勻，放入真空烘箱內(nèi)在常溫下進(jìn)行抽氣處理，徹底去除混合物中的氣泡。最后，將PDMS預(yù)聚物倒入硅基納米纖毛陣列表面靜置； (c)待PDMS預(yù)聚物徹底進(jìn)入纖毛陣列后，用載玻片水平壓在PDMS上方，放在熱板上處理； (d)待PDMS徹底固化后，將其從硅基納米纖毛陣列模具上取下，這樣就在PDMS模具上形成了高深寬納米圓孔陣列； 步驟2:復(fù)制高深寬比柔性納米纖毛陣列的模板；以壓印過的PDMS為模板，采用紫外光固化膠OrmoStamp材料進(jìn)行壓印，這樣就得到了和硅模具上一樣的柔性結(jié)構(gòu)，主要工藝步驟包括: (a)將PDMS模具采用高密度等離子體刻蝕中的鈍化工藝對(duì)表面進(jìn)行疏水性處理。 (b)將OrmoStamp液體滴到表面經(jīng)疏水處理過的PDMS模具上； (c)待OrmoStamp完全填充PDMS上的納米孔陣列后，取一片載玻片，采用丙酮清洗后，在熱板上烘烤并冷卻到室溫，以增加OrmoStamp液體與載玻片之間的粘附性；將載玻片水平放置在OrmoStamp液體上，在紫外光下曝光，這樣使OrmoStamp液體在紫外光作用下徹底固化； (d)將其在熱板上烘烤，將PDMS模具去除，完成基于OrmoStamp的高深寬比柔性納米纖毛的制造。這樣就得到了和硅模具相同的柔性結(jié)構(gòu)。
【專利摘要】本發(fā)明是屬于集成電路和微納電子機(jī)械系統(tǒng)制造領(lǐng)域，特別是一種高深寬比納米結(jié)構(gòu)陣列的制造方法。該方法需要制備高深寬比柔性納米纖毛結(jié)構(gòu)的軟模板，軟膜版以PDMS為澆注材料；復(fù)制高深寬比柔性納米纖毛陣列的模板。以壓印過的PDMS為模板，采用紫外光固化膠OrmoStamp材料進(jìn)行壓印，這樣就得到了和硅模具上一樣的柔性結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的有益效果是：針對(duì)高深寬比柔性納米結(jié)構(gòu)的制造難點(diǎn)，提出了基于PDMS和紫外光固化膠OrmoStamp兩種柔性材料，通過兩次壓印的方法，實(shí)現(xiàn)高深寬比納米纖毛陣列的柔性制造，為高深寬比柔性納米結(jié)構(gòu)的制造提供重要的技術(shù)支持。
【IPC分類】B82Y40/00, G03F7/20, H01L21/02
【公開號(hào)】CN105047525
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510124275
【發(fā)明人】馬志波, 苑偉政, 姜澄宇, 喬大勇, 孟海莎
【申請(qǐng)人】西北工業(yè)大學(xué)
【公開日】2015年11月11日
【申請(qǐng)日】2015年3月20日