纳米压印技术的基本方法及其应用

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1、纳米压印技术的基本方法及其应用摘要：纳米压印技术具有加工成本低，使用设备简单，制备周期短等优点，是目前纳米沟道加工的主要技术。本文介绍了纳米压印技术中热压印、紫外固化压印和微接触等三种典型的压印工艺及其关键技术，并对三种工艺方法的优缺点进行对比说明，总结了纳米压印技术的应用领域，最后对该技术的发展进行了总结和展望。关键词：纳米压印技术热压印紫外固化压印微接触中图分类号：TH161TheMainMethodandApplicationofNanoimprintTechnologyAbstract:Nanoimprinttechnologywhichh

2、aslowcost,simpledeviceandShortproductioncycleisthemaintechnologyinNano-channelproduction.ThisarticledescribesthetypicalembossingprocessandkeytechnologiesofHotembossing,UV-curableNanoimprintLithograhpyandMicro-contactprinting,introducetheadvantagesanddisadvantagesofthesethreeme

3、thodsbycontrast,Summarizestheapplicationsofnanoimprinttechnology,finallysummarizeandprospectthedevelopmentofnanoimprinttechnology.Keywords:NanoimprinttechnologyHotembossingUV-curableMicro-contactprinting0前言纳米压印技术是目前纳米沟道加工的主要技术。传统的光刻技术主要是利用电子和光子改变光刻胶的物理化学性质，进而得到相应的纳米图形。而纳米压印技术则

4、可以在不使用电子和光子的前提下，直接利用物理学机理机械地在光刻胶上构造纳米尺寸图形。正是由于这种机械作用，使得纳米压印技术不再受到光子衍射和电子散射的限制，可大面积地制备纳米级图形。同时，由于这项技术所用的设备简单，制备时间短，压印模板可以重复使用，所以应用该技术制备纳米图形所需的成本也较低。这种技术最早由美国普林斯顿大学的Chou等学者提出[1]。最早研究出来的纳米压印技术是热压印(Hotembossing)，随着研究的不断深入，一些改进的纳米压印技术也随之诞生。这些改进的纳米压印技术主要有：滚轴纳米压印技术（RNIL）、紫外固化压印技术（UV-

5、NIL）（包括步进-闪光压印（S-FIL））、微接触印刷（UCP）、反纳米压印技术（R-NIL）、光刻结合压印（CNP）和激光辅助压印（LADI）等[2]。当然科研者们也正在开发更多的方法，这些改进的纳米压印技术原理基本一致，只是工艺变得更加简单、实用和廉价。1三种典型纳米压印技术的工艺方法及其关键技术1.1热压印(Hotembossing)热压印(Hotembossing)是最早开发出的纳米压印技术，相对其他技术，它也是被研究的最为充分，应用的最为广泛，是目前纳米压印技术的主流技术。下面结合图1对热压印的工艺步骤做简要叙述。1）、热压印模板的制备

6、[3]模板的制备是整个热压印过程当中最关键的一步，因为纳米压印技术的核心思想是图形的复制与转移，整个技术实现的前提是模板必须具备高分辨率、稳定、可重复使用特性。目前分辨率最高的曝光技术是电子束直写曝光技术，它的分辨率可高达5nm，其过程如下：（1）涂敷聚合物：将对电子束敏感的聚合物（如PMMA）涂敷到平整的基底上；（2）制备聚合物图形：电子束按照预定的图形程序在聚合物表面扫描曝光，被曝光区域的聚合物断键或分解，溶解在特定的溶剂中。而未被扫描的区域则不溶（即显影），在基底上制备聚合物图形；（3）转移聚合物图形：经过真空蒸镀金属、剥离、反应离子刻蚀等工

7、序，将聚合物图形转移到金属或基底上。这里的基底材料通常是SiO2。热压印模板要具备以下条件[4]：（1）高硬度：压模和撤模的过程中不容易变形和受损；（2）低膨胀系数：避免热膨胀程度不同及高压导致的图形变形；（3）好的抗黏性能：压模时聚合物能完全浸润模板表面，撤模时聚合物能与基底完全分离。综合上述条件限制，热压印阶段模板通常选用Si和SiO2，抗粘层则主要使用Cr、Ni、Al，其中Ni是目前实验证明坑粘效果最好的金属保护层[5]。2）、热压印胶的选择用作热压印胶的聚合物得满足以下三个条件[6]：（1）聚合物是非晶态，可在外力作用下流动发生形变；（2）

8、热膨胀系数和压力收缩系数要小；（3）相对于基底，有较高的干法刻蚀选择性。PMMA（聚甲基丙烯酸甲脂）是应用最多的热压印胶,