[发明专利]一种二氧化锆微纳图案的飞秒激光直写方法

说明书

本发明公开了一种二氧化锆微纳图案的飞秒激光直写方法，将异丙醇锆与有机酸反应得到光刻胶单体，将光刻胶单体与光引发剂按比例溶解，旋涂在基板上之后，可在飞秒激光的诱导下在选定的位置发生聚合，显影后形成光刻图案，将所得的图案在空气气氛中高温退火，得到二氧化锆微纳图案，该方法无需掩模版，可以快速简便地制造任意的二氧化锆微纳图案，可用于电路电容和半导体微器件等产品的制造加工。

技术领域

本发明属于微纳结构制造领域，尤其涉及一种二氧化锆微纳图案的飞秒激光直写方法。

背景技术

二氧化锆具有高熔点、高电阻率、高耐蚀性、高折射率和低热膨胀系数的性质，可以用于陶瓷绝缘材料、压电陶瓷材料、厚膜电路电容材料和半导体封装材料。

飞秒激光直写技术是一种利用聚焦后的飞秒脉冲激光作为光源的微纳加工技术。在飞秒激光的照射下，双光子引发剂会出现非线性光学效应，同时吸收两个或多个光子，产生自由基引发聚合。与传统光刻技术相比，无需掩模版，通过改变激光焦点的位置，经过显影即可形成设计的微纳图案。

二氧化锆的优异性能使其在芯片制造和微器件领域具有巨大的发展空间，但目前主要是通过原子层沉积（ALD）的方法来制备薄膜，需要特定图案时只能通过掩模版的遮挡来完成，不同的图案需要更换不同的掩模版。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的限制，提供一种二氧化锆微纳图案的飞秒激光直写方法，无需掩模版即可快速制造任意图案的二氧化锆微纳结构。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种二氧化锆微纳图案的飞秒激光直写方法，包括如下步骤：

a：以摩尔比计，将1份异丙醇锆溶于酸，加入1-2份去离子水，在密闭体系中进行加热反应，待反应完成后，加入去离子水使产物析出，离心后获得的固体用丙酮溶解洗涤，再加入去离子水使产物析出，如此重复若干次，将得到的产物冻干，即可得到白色粉末状产物，即锆基光刻胶单体；

b：将锆基光刻胶单体，双光子引发剂按比例溶于溶剂中，混匀后用滤膜过滤若干次，得到锆基光刻胶；

c：将所得的锆基光刻胶通过旋涂制成薄膜，用飞秒激光诱导其图案化聚合，经过显影获得图案；

d：将获得的图案在空气气氛中，温度退火后得到二氧化锆微纳图案。

优选的，所述的步骤a中所用的酸为丙烯酸、甲基丙烯酸或两者的混合物。

优选的，所述的步骤a中在密闭体系中进行加热反应的温度为65℃，反应的时间为24 h。

优选的，所述的步骤b中所用的溶剂为丙二醇甲醚醋酸酯、丙酮或两者的混合物。

优选的，所述的步骤b中所用的双光子引发剂为7-二乙基氨基-3-噻吩甲酰基香豆素（DETC）。

优选的，所述的步骤c中显影包括一级显影和二级显影，一级显影所用的显影液为步骤b中所用的溶剂，二级显影所用的显影液为异丙醇。

优选的，按质量百分数计，锆基光刻胶单体含量为所述溶剂的5%-20%，双光子引发剂含量为锆基光刻胶单体含量的0.25%-2%。

优选的，所述的步骤d中退火所使用的设备为马弗炉，升温速率为20 ℃/min，降温速率为5 ℃/min。

与现有技术相比，本发明具有的效益为：本发明基于飞秒激光直写的制造方法可以制备任意所需的图案，只需要调整控制飞秒激光焦斑位置移动的相关参数，在预定的点位对光刻胶进行曝光，通过双光子激光直写的方式实现二氧化锆的图案化，无需掩模版即可实现任意图案的刻写，制备和后续操作方法简单易操作。

附图说明

图1为锆基光刻胶A刻写的二氧化锆图案。