[发明专利]图型化电极诱导和微波固化制作纳米结构的装置和方法

说明书

技术领域

本发明属微细加工技术领域，涉及一种图型化电极诱导和微波固化制作纳米结构的装置和方法。

背景技术

纳米结构或者图形的微细加工是纳电子和纳器件制作的基础，目前纳米结构的制作方法有多种，主要包括极紫外光光刻EUVL、电子束直写光刻、离子束投影光刻、X射线光刻、扫描探针显微加工、分子自组装、蘸笔光刻、微接触印刷、纳米压印光刻等。但这些技术通常工艺复杂、效率较低、设备昂贵。例如电子束直写光刻虽然具有非常高的精度，但生产效率非常低。纳米压印光刻NIL虽然具有高分辨率、低成本和高生产率等特点，但由于NIL是一种接触式制作工艺，目前纳米压印面临模具寿命低、缺陷多、难以对准等问题。因此，迫切需要开发新的微细加工方法满足低成本高分辨率纳米结构制作需求。

发明内容

针对现有技术中纳米压印模具寿命低、缺陷多与难以对准的问题，本发明公开了一种采用图型化电极诱导和微波固化在热固性环氧树脂材料上制作纳米结构的装置和方法。

一种图型化电极诱导和微波固化制作纳米结构的装置，包括：成形系统；成形材料；基底；纳米结构诱导系统；微波固化系统，所述成形系统由背板、支撑、图型化电极组成；成形材料是低粘度和高介电常数的液态热固性环氧树脂材料；基底是P型硅片；纳米结构诱导系统以图型化电极为直流电场的阳极，基底为直流电场的阴极，图型化电极位于基底的上方，其阳极与图型化电极相连，阴极与基底相连。

所述直流电场的电压为20V-60V。

所述微波固化系统的工作频率2.45GHz，输出功率100W-1000W，功率输出方式为连续式或脉冲式，固化时间20-100s，固化温度60-130℃。

一种图型化电极诱导和微波固化制作纳米结构装置的制作方法，包括如下步骤：

1）制作成形系统

2）基底预处理

以P型硅片为基底，采用Silane对硅片基底进行分子自组装表面处理，使其表面具有疏水特性，降低表面亲水吸附性能；

3）涂铺成形材料

采用旋转涂铺工艺将粘度低于0.8Pa.s/25℃和介电常数高于5液态热固性环氧树脂材料均匀涂铺基底上，涂铺厚度100nm-300nm；

4）成形系统定位

成形系统与基底对准后下压，使成形系统的支撑与基底完全接触，并且保证模具与基底的平行；

5）诱导生成纳米结构

以图型化电极为阳极，基底为阴极，施加20V-60V直流电压，构成纳米结构诱导系统，诱导系统加上电压后，在图型化电极和基底间建立一个电场，成形材料在电场作用下产生静电作用力，静电力克服表面张力、分子内聚力、大气压力和成形材料薄膜自身重力，部分成形材料被向上吸引，形成纳米柱，在电场力的作用下纳米柱不断生长，直到与图型化电极接触，当静电力与表面张力、分子内聚力、大气压力和成形材料薄膜自身重力静电力达到平衡状态，在成形材料上复制出图型化电极纳米特征结构，实现电极特征图形到成形材料特征结构的转移；

6）纳米结构微波固化

微波固化系统的工作频率2.45GHz,输出功率100W-1000W，功率输出方式为连续式或者脉冲式；固化时间20-100s，固化温度60-130℃,经微波固化系统充分固化后生成所需的纳米结构；

7）脱模

关闭纳米结构诱导系统和微波固化系统，成形系统与制备的纳米结构以及基底相分离。

所述步骤1）为以导电性电子束抗蚀剂或氧化铟锡ITO为基体材料，采用电子束直写和刻蚀工艺制作图型化电极，图型化电极制作完成后，在工作外表面涂覆一层脱模剂，通过背板将支撑和图型化电极组装在一起，图型化电极与基底间隙的大小通过更换不同高度的支撑来调整，其间隙介于100nm-600nm之间。

所述步骤3）中，成形材料可根据需要加入陶瓷、金属铝粉末、铜粉末、羰基铁或者SiO₂纳米材料以改变成形材料的电阻抗。

所述步骤4）中，模具与基底平行，模具与基底的间隙均匀一致。

本发明的具有结构简单、成本低、生产率高、电极寿命长、图形精度高等优点，实现了100纳米以下纳米结构高效、低成本制作。

附图说明

图1a是本发明制作装置结构示意图。

图1b是本发明制作装置结构完成后的示意图。

图2是本发明纳米结构制作技术路线图。

图3a是本发明图型化电极诱导和微波固化制作纳米结构示意图。

图3b是本发明图型化电极诱导和微波固化制作纳米结构示意图。

图3c是本发明图型化电极诱导和微波固化制作纳米结构示意图。