一种高深宽比柔性纳米柱阵列的制造方法
【专利说明】一种高深宽比柔性纳米柱阵列的制造方法
[0001]所属领域
[0002]本发明是属于集成电路和微纳电子机械系统制造领域，特别是一种高深宽比纳米结构阵列的制造方法。
【背景技术】
[0003]虽然高深宽比硅基纳米阵列已经成功制造，然而由于硅材料本身的弹性模量非常大(约160GP)，要想实现低频振动检测，必须增大硅纳米纤毛阵列的绝对长度至几百微米，而这是目前的加工工艺所无法实现的。为解决这一问题，我们考虑适当降低纳米纤毛结构的弹性模量，进而降低纳米阵列的高度，降低刻蚀难度，实现低频声信号高灵敏度探测，为此需要研究高深宽比柔性纳米阵列的制造技术。
[0004]高深宽比柔性纳米结构在可视开关以及仿生表面等领域已经得到了广泛关注，柔性结构具有质量轻、耐用度高、可弯曲、低成本批量生产等优点。然而目前的研究还不能很好的解决简单高效、高精度实现柔性期间的制作。对于高深宽比柔性结构的加工来说，纳米压印技术的出现为其制造提供了参考。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是:为了适当降低纳米纤毛结构的弹性模量，降低刻蚀难度，本发明提出了通过压印的方式实现高深宽比纳米纤毛结构的柔性制造技术。该方法生产效率高，便于实现大批量生产。
[0006]本发明的技术方案是一种高深宽比柔性结构制造方法，包括如下步骤:
[0007]步骤1:首先需要制备高深宽比柔性纳米纤毛结构的软模板。软膜版以PDMS为浇注材料，基于PDMS纳米压印的主要工艺步骤为:
[0008](a)首先将加工好的硅基纳米纤毛阵列采用钝化工艺进行表面疏水性处理。
[0009](b)将PDMS溶剂和固化剂混合均匀，放入真空烘箱内在常温下进行抽气处理，彻底去除混合物中的气泡。最后，将PDMS预聚物倒入硅基纳米纤毛阵列表面静置。
[0010](C)待PDMS预聚物彻底进入纤毛阵列后，用载玻片水平压在PDMS上方，放在热板上处理一段时间。其中纳米纤毛的高度决定了 PDMS静置时间长短，高度越大，静置时间越长，反之，越短。
[0011](d)最后，待PDMS彻底固化后，将其从硅基纳米纤毛阵列模具上取下，这样就在PDMS模具上形成了高深宽纳米圆孔阵列。具体工艺流程如图1所示。
[0012]步骤2:复制高深宽比柔性纳米纤毛阵列的模板。以压印过的PDMS为模板，采用紫外光固化胶OrmoStamp材料进行压印，这样就得到了和硅模具上一样的柔性结构，主要工艺步骤包括:
[0013](a)首先将PDMS模具采用高密度等离子体刻蚀中的钝化工艺对表面进行疏水性处理。
[0014](b)将OrmoStamp液体用注射器滴到表面经疏水处理过的PDMS模具上，观察PDMS上的表面情况，确定OrmoStamp液体是否在毛细引力的作用下完全填充PDMS上的纳米孔阵列。
[0015](c)待OrmoStamp完全填充PDMS上的纳米孔阵列后，取一片载玻片，采用丙酮清洗后，在热板上烘烤并冷却到室温，以增加OrmoStamp液体与载玻片之间的粘附性。将载玻片水平放置在OrmoStamp液体上，在紫外光下曝光，这样使OrmoStamp液体在紫外光作用下彻底固化。
[0016](d)最后将其在热板上烘烤一段时间后，将PDMS模具去除，完成基于OrmoStamp的高深宽比柔性纳米纤毛的制造。这样就得到了和硅模具相同的柔性结构，具体的工艺流程如图3所示。
[0017]本发明的有益效果是:针对高深宽比柔性纳米结构的制造难点，提出了基于PDMS和紫外光固化胶OrmoStamp两种柔性材料，通过两次压印的方法，实现高深宽比纳米纤毛阵列的柔性制造，为高深宽比柔性纳米结构的制造提供重要的技术支持。
【附图说明】
[0018]图1娃基纳米纤毛I的纯化处理的不意图
[0019]图2 PDMS预聚物2涂覆硅基纳米纤毛表面I的示意图
[0020]图3 PDMS预聚物2压模成型的示意图[0021 ] 图4 PDMS固化后脱I旲的不意图
[0022]图5 PDMS表面2的钝化处理的示意图
[0023]图6 OrmoStamp液体4涂覆PDMS表面2的不意图
[0024]图7 OrmoStamp 4压膜成型及紫外光固化处理的示意图
[0025]图8 OrmoStamp 4与PDMS模具2剥离的不意图
[0026]具体实施方法
[0027]本实施例中给出了一种基于上述二次纳米压印的高深宽比柔性纳米阵列的制作方法，具体包括如下步骤:
[0028]步骤1:高深宽比柔性纳米纤毛结构的软膜版采用PDMS为浇注材料，在硅基纳米纤毛结构的模板上进行第一次压膜成型，具体工艺流程如下:
[0029](a)将加工好的硅基纳米纤毛阵列采用高密度等离子体刻蚀中的钝化工艺进行表面疏水性处理，其具体工艺如下:C4F8气体流量为85sccm，下极板功率为600W，APC阀门为82%，经过I分钟的钝化工艺后，沉积到硅基纳米纤毛阵列表面的碳氟化和物的厚度约为150nmo
[0030](b)将PDMS溶剂和固化剂(RTV615, GE Silicones)按照重量比为6:1的比例混合，并彻底搅拌均匀，并放入真空烘箱内在常温下进行抽气处理20分钟，彻底去除混合物中的气泡。最后，将PDMS预聚物倒入硅基纳米纤毛阵列表面，静置30分钟。
[0031](c)由于PDMS预聚物具有非常好的透气性，待PDMS预聚物彻底进入纳米纤毛阵列以后，用载玻片水平压在PDMS预聚物上方，并放在120°C的热板上处理10分钟。其中PDMS静置时间的长短主要由纳米纤毛的高度决定，高度越大，静置时间越长，反之，越短。
[0032](d)待PDMS彻底固化后，小心将其从硅基纳米纤毛阵列模具上取下，在PDMS模具上就形成了高深宽比纳米圆孔阵列，如图2所示。
[0033]步骤二:以压印过的PDMS为模板，以紫外光固化剂OrmoStamp材料进行压印，这样就得到了和硅模具上一样的柔性材料，主要工艺步骤包括:
[0034](a)将获得的PDMS模具同样采用高密度等离子体刻蚀中的钝化工艺进行表面疏水性处理，其具体工艺如下:C4F8气体流量为85sccm，下极板功率为600W，APC阀门为82%，经过I分钟的钝化工艺后，沉积到纳米纤毛阵列表面的碳氟化合物的厚度约为150nmo
[0035](b)液体采用注射器将OrmoStamp滴到经过表面疏水性处理的PDMS模具上，经过一段时间后，通过观察PDMS上的表面情况，确定OrmoStamp液体是否在毛细引力的作用下完全填充PDMS上的纳米孔阵列。
[0036](c)待OrmoStamp液体完全填充PDMS上的纳米孔阵列以后，取一片用丙酮清洗过的载玻片，在200°C的热板上烘烤2分钟，并冷却至室温，或者采用氧等离子体对载玻片进行短暂的处理，目的是为了增加OrmoStamp液体与载玻片之间的粘附性。将载玻片水平放在OrmoStamp液体上，接着在波长为365纳米的紫外光下曝光20分钟，这样OrmoStamp液体就会在紫外光的作用下彻底固化。
[0037](d)最后，将其在130°C的热板上烘烤10分钟，彻底去除高深宽比柔性纳米纤毛阵列中的水分，更重要的是提高了材料的热稳定性以及环境的稳定性。最后，小心将PDMS模具剥离掉，完成了基于OrmoStamp的高深宽比柔性纳米纤毛制造。
[0038]图4所示为采用两次纳米压印之后得到的柔性高深宽比微纳复合结构阵列以及柔性高深宽比纳米纤毛阵列。纳米纤毛阵列结构已经被完全复制出来，并且纳米纤毛阵列结构形貌完好。
【主权项】
1.一种高深宽比柔性结构制造方法，包括如下步骤: 步骤1:首先需要制备高深宽比柔性纳米纤毛结构的软模板；软膜版以PDMS为浇注材料，基于PDMS纳米压印的主要工艺步骤为: (a)将加工好的硅基纳米纤毛阵列采用钝化工艺进行表面疏水性处理。 (b)将PDMS溶剂和固化剂混合均匀，放入真空烘箱内在常温下进行抽气处理，彻底去除混合物中的气泡。最后，将PDMS预聚物倒入硅基纳米纤毛阵列表面静置； (c)待PDMS预聚物彻底进入纤毛阵列后，用载玻片水平压在PDMS上方，放在热板上处理； (d)待PDMS彻底固化后，将其从硅基纳米纤毛阵列模具上取下，这样就在PDMS模具上形成了高深宽纳米圆孔阵列； 步骤2:复制高深宽比柔性纳米纤毛阵列的模板；以压印过的PDMS为模板，采用紫外光固化胶OrmoStamp材料进行压印，这样就得到了和硅模具上一样的柔性结构，主要工艺步骤包括: (a)将PDMS模具采用高密度等离子体刻蚀中的钝化工艺对表面进行疏水性处理。 (b)将OrmoStamp液体滴到表面经疏水处理过的PDMS模具上； (c)待OrmoStamp完全填充PDMS上的纳米孔阵列后，取一片载玻片，采用丙酮清洗后，在热板上烘烤并冷却到室温，以增加OrmoStamp液体与载玻片之间的粘附性；将载玻片水平放置在OrmoStamp液体上，在紫外光下曝光，这样使OrmoStamp液体在紫外光作用下彻底固化； (d)将其在热板上烘烤，将PDMS模具去除，完成基于OrmoStamp的高深宽比柔性纳米纤毛的制造。这样就得到了和硅模具相同的柔性结构。
【专利摘要】本发明是属于集成电路和微纳电子机械系统制造领域，特别是一种高深宽比纳米结构阵列的制造方法。该方法需要制备高深宽比柔性纳米纤毛结构的软模板，软膜版以PDMS为浇注材料；复制高深宽比柔性纳米纤毛阵列的模板。以压印过的PDMS为模板，采用紫外光固化胶OrmoStamp材料进行压印，这样就得到了和硅模具上一样的柔性结构。本发明的有益效果是：针对高深宽比柔性纳米结构的制造难点，提出了基于PDMS和紫外光固化胶OrmoStamp两种柔性材料，通过两次压印的方法，实现高深宽比纳米纤毛阵列的柔性制造，为高深宽比柔性纳米结构的制造提供重要的技术支持。
【IPC分类】B82Y40/00, G03F7/20, H01L21/02
【公开号】CN105047525
【申请号】CN201510124275
【发明人】马志波, 苑伟政, 姜澄宇, 乔大勇, 孟海莎
【申请人】西北工业大学
【公开日】2015年11月11日
【申请日】2015年3月20日