[发明专利]一种溶剂渗透纳米压印微纳结构制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种微纳结构的制备方法，属于微纳加工领域。 

背景技术

随着电子设备向小型化、轻型化、低成本、多功能方向的发展，微纳结构的加工技术面临这愈来愈多的挑战。传统的光刻技术虽然技术成熟，但是光刻设备成本高，进一步缩小加工尺寸难度大，从而各种其他类型的微纳加工技术作为下一代光刻技术得到了蓬勃的发展，纳米压印技术就是其中之一。纳米压印是采用具有纳米图案的模板与基板上的聚合物薄膜接触压出纳米级图形，相比传统光刻有以下几个优点：(1)纳米压印是靠接触施压而不是采用光刻胶曝光的方法完成模板图形的转移，从而纳米压印技术的分辨率不受曝光波长的限制，成本低更低、分辨率更高；(2)对于传统光刻技术，有机光刻胶层一般只是图形转移层，最终的图形结构一般是通过干法或者湿法刻蚀的方法将图形转移到无机半导体基板上，这种图形转移的方法对有机功能材料的微纳结构成型并不适用，因为无论是干法还是湿法刻蚀都会对有机功能材料本身的分子结构造成破坏或者污染，而纳米压抑技术在成型图形的过程中不破坏有机分子的分子链结构，从而能够保持功能材料本身的性能；(3)传统光刻技术成型的图形一般是二维平面图形，在制备三维纳米结构的时候需要采用套刻工艺，工艺比较复杂，成型难度大，而纳米压印工艺可以通过电子束直写技术加工出带有三维结构的模板，然后利用三维模板对聚合物薄膜进行三维压印，一次成型三维微纳结构，工艺过程大为简化，而且精度更高。这些优点使的纳米压印技术成为学术和产业界共同关注的下一代微纳加工技术。 

现阶段的纳米压印技术一般是通过外加紫外光照射促使紫外敏感光刻胶固化(紫外纳米压印技术)或者通过热压的方法(热压印技术)将纳米图形从模板转移到聚合物层。这两种纳米压印方法对聚合物层都有具体的要求，比如，对于紫外纳米压印技术，聚合物光刻胶必须对紫外光敏感，能够在紫外光照射下迅速固化；对于热压印的光刻胶，要求聚合物的玻璃化转变温度较低，当温度达到玻璃化转变温度以上时在压力作用下具有良好的流动性，从而能够满足纳米压印光刻胶要求的聚合物种类并不多，功能化的纳米压印光刻胶就更少。另外，无论是紫外纳米压印还是热压印技术都需要相应的紫外光设备或者热压设备，这本身就增加了纳米压印技术设备的复杂程度。 

本发明采用溶剂渗透的方法通过软模板制备微纳结构图案，此方法适合多种聚合物以及聚合物/纳米粒子共混物的微纳结构加工，对成型材料限制少，适用范围广，成型过程中无需紫外光或者加热辅助固化，成型设备简单，成本低，从而具有更为广阔的应用领域。 

发明内容

本发明提出了一种利用溶剂渗透使聚合物从溶液中析出从而完成微纳结构成型的微纳加工方法，与传统纳米压印技术相比，此方法可以对多种聚合物或者聚合物/纳米粒子共混物进行微纳结构的加工，加工过程中不需要紫外光或者热压设备，是一种简单、有效、适用范围更广的纳米压印方法。 

本发明的工艺过程如下： 

1、利用传统光刻或者电子束光刻技术制备出具有微纳结构的母模，母模材料可以是石英、PMMA、环氧树脂、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)等。 

2、利用PDMS、聚氨酯或者全氟聚醚进行对母模进行翻模，得到软模板。 

3、将聚合物用适合的溶剂配成聚合物溶液，溶液的浓度和粘度要根据溶液对模板的浸润情况、要求制备的微纳结构高度来在溶液的固含量和流动性之间找到平衡点，即在聚合物溶液可以顺利填充的情况下使溶液的固含量尽量大。 

4、旋涂或者喷涂聚合物溶液，使聚合物溶液在基底上形成厚度均匀的聚合物溶液薄膜，聚合物溶液的旋涂速度及时间或者喷涂的时间要根据要成型的聚合物微纳结构图形的高度来确定，即溶剂完全挥发后聚合物薄膜的厚度约等于微纳结构图形的高度。 

5、将软模板从聚合物溶液薄膜的一边逐步覆盖到聚合物溶液膜上，覆盖完后在软模上施加压力，促进聚合物溶液的进一步填充以及软模和基底之间的接触，保持压力3～10分钟，使聚合物溶液中的溶剂充分渗透到软模板中，聚合物在软模板的微纳结构中析出，从而完成聚合物层上微纳结构图形的成型。 

6、轻轻撕下软模板，完成脱模过程，微纳结构图形被留在了基底上，将带有微纳结构的基底放入烘箱，在所用溶剂的沸点以下加热烘干，使聚合物中的残留溶剂完全挥发，得到制备好的聚合物微纳结构图形。 

整个过程的流程图如图1所示： 

附图说明

图1溶剂渗透软刻蚀流程图，溶剂渗透纳米压印流程图 

图2微米级凹槽80℃倾角扫描电镜照片 

图3(a)P3HT光栅扫描电镜照片