[发明专利]一种带有纳米尺度通道的SU-8胶电液动力射流喷针制造方法

说明书

一种制备带有纳米尺度通道的SU‑8胶电液动力射流喷针的热压印‑紫外曝光制造方法,采用两次PDMS浇注和氧等离子体处理方法，制造出镶嵌掩膜胶片的微纳复合尺度PDMS模具。然后在硅片上光刻出BP212牺牲层，蒸镀一层Al作为掩蔽层，并旋涂SU‑8胶。利用微纳复合尺度PDMS模具，采用热压印和正向紫外曝光方法制造出带有纳米尺度沟道的SU‑8胶喷针。键合后去除Al掩蔽层和BP212牺牲层，使SU‑8胶喷针针尖前部悬空，形成前部悬空的带有纳米尺度通道的SU‑8胶喷针。本发明制作工艺简单、成本低、工艺重复性好并且容易实现。

技术领域

本发明涉及微机电研究领域，特别是涉及一种基于热压印-紫外曝光技术的电液动力射流喷针制造方法。

背景技术

纳米结构器件能够在生物、化学和电子学领域得到广泛应用，主要依靠具有灵活简单，低成本和实用性的纳米结构制造技术。电液动力射流(Electrohydrodynamic-jet，EHD-jet)打印是一种使用溶液直接印写微/纳米图形的技术，具有按需增材、低成本高分辨率、大面积快速柔性制造优点。电液动力射流打印技术采用电场力，驱动液体墨水流过电液动力射流喷针产生射流，实现在基底上直接印写图形。电液动力射流具有尺度效应，打印分辨率主要取决于喷针内径尺度，随着喷针内径尺度的减小打印分辨率可以得到提高。所以通过缩小喷孔直径，就有可能获得更高分辨率打印，最终实现100nm以下图形高分辨率直写打印。

目前，几乎所有电液动力射流打印都使用石英玻璃喷针，石英玻璃喷针是通过加热拉伸方法获得的。由于拉伸过程中喷针内径尺寸难以控制，而且容易破碎，因此制造100nm以下带有纳米尺度通道的石英喷针十分困难。聚合物喷针是近几年提出的一种用于电液动力电喷雾电离的喷针。通过采用传统紫外光刻工艺，能够在光敏聚合物上形成微米尺度通道的喷针。该制造方法工艺灵活，成本低，不容易损坏，但是由于受到紫外光衍射极限的制约，喷针通道尺寸仅为微米尺度。

从以上的分析中可以看出，如何制造通道尺寸更小、价格更低廉的电液动力射流喷针已成为获取更高打印分辨率(100nm以下)亟待解决的问题。为解决这一问题，本专利提出一种新颖的电液动力射流喷针制造方法，采用镶嵌掩膜胶片的微纳复合尺度PDMS模具，利用热压印和正向紫外曝光技术，采用Al掩蔽层和BP212牺牲层制作纳米尺度通道SU-8胶电液动力射流喷针悬空针尖，最终制造出100nm以下纳米尺度通道SU-8胶电液动力射流喷针。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，针对以往电液动力射流喷针加工困难、制造成本高、不能制造100nm以下纳米尺度通道喷针问题，提出一种基于镶嵌掩膜胶片的微纳复合尺度PDMS模具，采用热压印和正向紫外曝光技术的电液动力射流喷针制造方法。

本发明采用的技术方案包括以下步骤：

(1)镶嵌掩膜胶片的微纳复合尺度PDMS模具加工

采用两次PDMS浇注技术制造微纳复合尺度PDMS模具。首先将PDMS浇注到经过表面改性后的二维纳米硅模具上。经过抽真空和热固化，形成带有纳米尺度图形的第一层PDMS。将带有微米尺度图形的掩膜胶片和第一层PDMS经过氧等离子处理后，经对准将掩膜胶片置于第一层PDMS上，然后浇注第二层PDMS，使掩膜胶片被封装在两层PDMS之间，形成微纳复合尺度PDMS模具。

(2)采用微纳复合尺度PDMS模具热压印和紫外固化制造纳米尺度通道SU-8胶电液动力射流喷针

在硅片上旋涂一层紫外固化光刻胶，经过曝光显影制造出纳米尺度通道喷针BP212牺牲层。然后利用热蒸发在BP212牺牲层上蒸镀一层Al掩蔽层薄膜。在带有BP212牺牲层和Al掩蔽层薄膜的硅片上旋涂一层SU-8胶，前烘后利用步骤(1)得到的微纳复合尺度PDMS模具，在SU-8胶基底上热压印出纳米尺度通道。然后从微纳复合尺度PDMS模具上方对SU-8胶进行紫外曝光，后烘后使微米尺度图形区域以外的SU-8胶固化，显影后形成带有纳米尺度通道的SU-8胶电液动力射流喷针。