[发明专利]一种三维微/纳结构的流体介电泳力扫描压印成形方法

说明书

技术领域

本发明属于微纳制造领域，具体涉及一种三维微/纳结构的流体介电泳力扫描压印成形方法。

技术背景

纳米压印技术以其高效率、高精度、低成本的优势被认为具有广阔应用前景的下一代光刻技术。纳米压印技术不但在集成电路制造领域具有广阔的应用价值，在其它微/纳制造领域中也具有重要的研究和应用价值。传统的纳米压印技术利用高精度的模板压入涂覆在衬底上的阻蚀胶，阻蚀胶固化后进行脱模即可获得与模板相应的阻蚀胶图案。传统的纳米压印需要在机械压力作用下使模具压入阻蚀胶，较大压印力可能会使模具发生变形影响复形精度，还会增加多层对准的难度，甚至会使模具或衬底发生不可恢复的形变。并且阻蚀胶的图案是在一次压印中完成的，无法获得具有任意高度的阻蚀胶图案。

流体介电泳力是针对在电场中的介电液体而言的，该力作用在气液界面，从液相指向气相，拉动介电流体而运动。流体介电泳力可以有效的控制微/纳流体的流动，目前在微流控中已获得广泛的应用。已有研究表明，利用介电泳力来驱动预聚物填充模具腔体，以代替传统的机械压力压印过程，从而可以克服较大的机械压力带来的弊端。

利用探针电极产生局部电场可在局部产生流体介电泳力，使该部分模具腔体得到填充，而周围其他部分腔体不被聚合物填充，并且通过控制探针电极的扫描轨迹及施加电压的大小，可以实现对模具不同位置的不同深度填充，填充结束后将模具并转移到衬底上再固化聚合物并脱模，即可获得具有三维特征的微/纳结构。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种三维微/纳结构的流体介电泳力扫描压印成形方法，使聚合物在模具的不同位置实现不同深度的填充，能够复制出三维微/纳结构。

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种三维微/纳结构的流体介电泳力扫描压印成形方法，包括下列步骤：

1)加工导电模具，在硅片或石英上刻蚀出具有微米或纳米级图案结构，然后在图案结构的表面顺序制备一透明导电层和介电层，透明导电层的厚度为50nm，介电层的厚度为模具腔体宽度的1/10～1/100，透明导电层为氧化铟锡ITO，介电层为SiO2，当导电模具采用硅片时，无需再淀积透明导电层，其介电层通过热氧工艺获得，

2)在导电模具上匀胶，在导电模具上旋涂紫外光固化胶、热固化胶或热熔胶，胶的厚度为模具腔体深度的2倍，

3)探针电极扫描填充，将探针电极插入或接触阻蚀胶薄膜，在导电模具和探针电极间施加直流电压，电压大小以介电层不被击穿为限，然后移动探针电极，则探针电极扫描过的模具腔体会被聚合物填充进去，

4)阻蚀胶转移，将目标基底覆盖在阻蚀胶膜上，然后将阻蚀胶固化，固化后脱模，即可得到具有三维结构的微/纳米图案，目标衬底为硅或石英。

由于本发明采用了介电泳力代替传统的机械压力，该介电泳力作用在气液界面上可驱动液体向模具腔体内填充；探针电极在液体薄膜中做扫描运动，运动中施加不同的电压可使扫描路径下的模具腔体获得不同填充深度，故而本发明所制造的结构具有三维的特点。

附图说明

图1是本发明的导电模具断面示意图。

图2是本发明在导电模具表面涂胶示意图。

图3是本发明的探针电极在导电模具表面扫描示意图。

图4是本发明的目标衬底覆盖在聚合物上的示意图。

图5是本发明的聚合物固化示意图。

图6是本发明脱模后的三维结构断面示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细说明。

一种三维微/纳结构的流体介电泳力扫描压印成形方法，包括下列步骤：

1)加工导电模具，参照图1，在硅片2上刻蚀出具有微米或纳米级图案结构，然后在其表面经热氧得到介电材料二氧化硅1，或者在石英上刻蚀出微/纳图案结构，然后在图案结构的表面顺序制备一透明导电层和介电层，即可获得透明的导电模具，明导电层的厚度为50nm，介电层的厚度为模具腔体宽度的1/10～1/100，

2)在导电模具上匀胶，参照图2，在导电模具上旋涂紫外光固化胶、热固化胶或热熔胶，形成一层聚合物薄膜3，聚合物薄膜3的厚度为模具腔体深度的2倍，

3)探针电极扫描填充，参照图3，将探针电极4插入或接触聚合物薄膜3，在导电模具和探针电极4间施加直流电压V，电压大小以介电层不被击穿为限，然后移动探针电极4，则探针电极4扫描过的模具腔体会被聚合物薄膜3填充进去，施加电压V越大，填充深度越大，由此可通过控制电压V的大小获得不同深度的填充，

4)聚合物转移，参照图4，扫描填充完成后，移去探针电极4，将目标衬底5覆盖在聚合物薄膜3上，参照图5，然后将聚合物薄膜3固化，根据聚合物的固化特性，通过紫外光照射、加热、降温等方式6使液态的聚合物薄膜3固化，固化后脱模，参照图6，即可在目标衬底5上得到具有三维结构的微/纳米图案，目标基底5为硅或石英。