一种制备大面积亚波长级纳米图案的方法
【专利摘要】本发明公开了一种制备大面积亚波长级纳米图案的方法，利用表面具有半球形阵列的弹性掩模版进行简单的光刻，得到纳米图案。本方法具有操作简单，效率高，生产成本低廉，过程设备简单，容易放大等特点，且制备的纳米图案兼具大面积和亚波长级特征尺寸的优势，在信息，能源，生物技术，制造等领域有很大的应用前景。
【专利说明】
一种制备大面积亚波长级纳米图案的方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种制备大面积亚波长级纳米图案的方法。
【背景技术】
[0002]高分辨率的纳米图案具有奇特的物理化学特性，因此在信息、能源、环境、生物技术、制造和国防等领域具有广泛的应用。目前，纳米图案的加工方法主要分为两类:自上而下(top — down)方法和自下而上(bottom—up)方法。自上而下方法是用光线或电子束等削除大片材料，从而留下所需要的微纳图案，如深紫外光刻、纳米压印、电子束刻蚀等。这些技术能够制备大面积的有序纳米结构，但是这些方法都比较耗时繁杂，且无法权衡低成本、高分辨率和高通量的要求。自下而上方法是用人工的手段把原子或分子一层层沉积来形成新的纳米结构，从而制备出新的物质或者新的器件，如纳米微球光刻、嵌段共聚物光刻等。这些技术能实现高分辨率和高密度的特征结构，但是这些方法自身的局限性使其难以实现大面积和高度有序的纳米图案。因此，发展一种能够简单、高效制备兼具高通量和高分辨率的纳米图案的方法显得尤为重要。本文针对此研究现状，发明了一种简单、高效制备大面积亚波长纳米图案的方法。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于针对现有大面积高分辨纳米图案制备方法复杂耗时或分辨率太低等问题。提供了一种表面具有半球形阵列的弹性掩模版。本发明的另一目的在于提供一种简单、高效制备大面积亚波长纳米图案的方法。
[0004]本发明的目的可以通过以下技术方案实现:
[0005]一种表面具有半球形阵列的弹性掩模版，该弹性掩模版采用以下方法步骤制备:
(I)采用镀有金属膜且尖端开口的PDMS掩模版，对涂有正光刻胶的基底进行曝光，显影后得到表面具有凹进去半球形阵列的光刻胶；(2)用步骤(I)制备的表面具有凹进去半球形阵列的光刻胶复制出表面具有半球形阵列的弹性掩模版。
[0006]步骤(2)的详细过程为将PDMS单体与交联剂混合均匀并去除气泡后倒入所述表面具有凹进去半球形阵列的光刻胶中，并加热固化，揭开，得到表面具有半球形阵列的弹性掩模版。
[0007]所述曝光的光源为卤素光源。所述曝光的时间随着曝光光源的光强的变化而做出相应的变化，如曝光光源的光强为2 5 Omw/ cm2时，曝光的时间为小于7秒。
[0008]所述正光刻胶的厚度大于等于所得半球形阵列的高度。如所得半球阵列高度在150nm?500nm时，正光刻胶的厚度为500nm。
[0009 ] 所述的PDMS单体与交联剂以质量比为1:1的比例混合，但其质量比不限于1:1。所述的所述加热固化的温度为70?80 °C，时间为3?4h。所述的PDMS单体与交联剂相混合，根据不同的弹性要求，选择硬PDMS或以不同质量比例相混合的PDMS单体与交联剂，如TOMS单体与交联剂以质量比为10:1的比例混合。所述加热固化的时间与温度相关。如加热固化的温度为80 °C时，时间为3h;当加热固化温度为70 0C时，时间为4h。
[0010]—种制备大面积亚波长级纳米图案的方法，利用上述的表面具有半球形阵列的弹性掩模版进行光刻制备大面积亚波长级的纳米图案。
[0011]上述的制备大面积亚波长级纳米图案的方法，其在于利用表面具有半球形阵列的弹性掩模版，对涂有光刻胶的基底进行光刻显影后得到纳米结构;通过蒸镀金属和脱胶清洗，最后在基底上得到大面积亚波长级纳米图案。该方法可以简单、高效的制备大面积亚波长级的纳米图案，适用于传统的光刻技术。采用本发明制备的表面具有半球形阵列的弹性掩模版替代传统光刻技术中使用的铬掩模版，其制备的纳米图案是亚波长级的，比传统光刻技术制备的图案小。
[0012]本发明制备大面积亚波长纳米图案的方法为利用光刻的方法制备表面具有凹进去半球形阵列的光刻胶，用所得到的光刻胶复制出表面具有半球形阵列的弹性掩模版，利用该弹性掩模版进行光刻制备大面积亚波长级的纳米图案。本发明方法制备的纳米图案为亚波长级的特征尺寸，且所得图案的面积达到厘米级以上，与现有技术中其他方法制备的纳米结构相比，本方法能简单、高效制备大面积亚波长级的纳米图案。
[0013]所述的TOMS掩模版为本领域技术人员所公知的由交联得到的聚合物，如聚二甲基硅氧烷。
[0014]本发明所涉及的试剂和原料除特别说明外均为本领域技术人员所公知的常规试剂和原料。
[0015]与传统方法相比本发明的有益效果:
[0016]1、本方法的优点在于制备大面积亚波长级的纳米图案的能耗低，高效快速，原料采用的是常用的廉价聚合物，制备成本低。
[0017]2、本方法的优点在于大面积亚波长级的纳米图案的制备过程简单，所需设备简易，容易进行放大生产。
[0018]3、本方法的优点在于制备的纳米图案具有亚波长级的特征尺寸且能得到大面积的图案，对于拓宽纳米图案的应用，用于研究纳米电子器件、生物细胞行为、微型传感器等具有重要的意义。
【附图说明】
[0019]图1为实施例1、2、3中制备大面积亚波长级纳米图案的过程图
[0020]a)为半球形弹性掩模版的制备图;b)为纳米图案的制备图
[0021]图2为实施例3中制备的大面积亚波长级纳米图案的照片
[0022]a)为大面积亚波长级纳米图案的光学照片;b)为大面积亚波长级纳米图案的扫描电子显微镜照片(SEM)
【具体实施方式】
[0023]以下结合实施例对本发明作进一步说明。
[0024]下述实施案例中，实验方法如无特殊说明均为常规方法;所有试剂或原料如无特殊说明均能通过商业途径获得。
[0025]实施例1:制备表面具有凹进去半球形阵列的光刻胶
[0026]利用文献(Langmiur 2015，31，1210-1217)制备的镀有金属膜且尖端开口的TOMS掩模版，对涂有500nm厚的正光刻胶shipleyl805的基底进行曝光，在光强为250mw/cm2的卤素光源下曝光小于7秒，用MF319显影液显影20s后，最后可以在光刻胶上得到具有凹进去的半球形阵列。通过调节曝光的时间可以得到不同的凹进去的半球形阵列。
[0027]实施例2:复制具有半球形阵列的弹性掩模版
[0028]将PDMS单体与交联剂(道康宁Sylgard184)以质量比为10:1的比例混合均匀并且去除气泡后，倒入实施例1中制备的表面具有凹进去半球形阵列的光刻胶中，并在80°C的烘箱中加热3h或者在70°C的烘箱中加热4h进行固化，揭开。最后得到具有半球形阵列的弹性掩模版，用于后续纳米图案的制备，该弹性掩模版上半球形的高度为250nm。
[0029]实施例3:制备大面积亚波长级的纳米图案
[0030]利用实施例2中制备的半球形高度为250nm的弹性掩模版，对涂有光刻胶的基底进行光刻显影后，可以在2X1.5cm2大的范围内得到90nm线宽的纳米结构。通过蒸镀金属和脱胶清洗，最后可以在基底上得到厘米级的亚波长级的金属纳米图案。通过调节光刻胶的种类，膜厚，曝光强度，曝光时间等参数可以采用常规曝光方法获得不同特征尺寸的纳米图案。如使用正光刻胶S1805，通过优化曝光强度，曝光时间等参数可以得到最小为90nm的图案，而使用负光刻胶SU-8，通过优化曝光强度，曝光时间等参数可以得到最小为200nm的图案；当使用不同厚度的正光刻胶S1805时:膜厚为40nm时，曝光强度为55mW/cm2，曝光时间为68?158，膜厚为500]11]1时，曝光强度为25011^/0112，曝光时间为18?58。
【主权项】
1.一种表面具有半球形阵列的弹性掩模版，其特征在于该弹性掩模版采用以下方法步骤制备:(I)采用镀有金属膜且尖端开口的roMS掩模版，对涂有正光刻胶的基底进行曝光，显影后得到表面具有凹进去半球形阵列的光刻胶；(2)用步骤(I)制备的表面具有凹进去半球形阵列的光刻胶复制出表面具有半球形阵列的弹性掩模版。2.根据权利要求1所述的表面具有半球形阵列的弹性掩模版，其特征在于步骤(2)为将PDMS单体与交联剂混合均匀并去除气泡后倒入所述表面具有凹进去半球形阵列的光刻胶中，并加热固化，揭开，得到表面具有半球形阵列的弹性掩模版。3.根据权利要求1所述的表面具有半球形阵列的弹性掩模版，其特征在于所述曝光的光源为齒素光源。4.根据权利要求1所述的表面具有半球形阵列的弹性掩模版，其特征在于所述正光刻胶的厚度大于等于所得半球形阵列的高度。5.根据权利要求2所述的表面具有半球形阵列的弹性掩模版，其特征在于所述的PDMS单体与交联剂以质量比为10:1的比例混合。6.根据权利要求2所述的表面具有半球形阵列的弹性掩模版，其特征在于所述的所述加热固化的温度为70?80°C，时间为3?4h。7.—种制备大面积亚波长级纳米图案的方法，其特征在于利用权利要求1?6中任意一项所述的表面具有半球形阵列的弹性掩模版进行光刻制备大面积亚波长级的纳米图案。8.根据权利要求7所述的制备大面积亚波长级纳米图案的方法，其特征在于利用表面具有半球形阵列的弹性掩模版，对涂有光刻胶的基底进行光刻显影后得到纳米结构;通过蒸镀金属和脱胶清洗，最后在基底上得到大面积亚波长级纳米图案。
【文档编号】B82Y30/00GK105929633SQ201610262162
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年4月25日
【发明人】霍峰蔚, 吴进, 邹冰花, 张所瀛
【申请人】南京工业大学