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纳米热压印设备与试验研究

胡晓峰  
【摘要】:目前制备纳米光电子器件的核心技术——光刻技术,由于光波波长和数值孔径的限制以及衍射、散射与干涉等影响难于制作线宽小于100nm 的图案。纳米压印是一种突破传统光学光刻分辨率极限的新的纳米级结构的制作技术。它不是通过改变阻蚀剂的化学特性实现其图形化,而是通过阻蚀剂的物理变形实现图形化。因此,其分辨率不受光波波长、物镜数值孔径等因素的限制,可突破传统光刻工艺的分辨率极限。此外,它可以大批量重复地在大面积上制备纳米图形结构,并且所制作的图案具有很好的均匀性和重复性。因此,该技术还具有低制作成本和高生产效率的优点。本文的主要研究内容和创新如下: 首先,进行纳米压印工艺及其机理的研究。从模板、胶和压印过程几个方面详细介绍了纳米热压印工艺,并在研究聚合物流体行为的基础上建立了热压印的时间和速度计算模型。 其次,基于纳米压印工艺的研究,设计并制作了高分辨率定位对准的纳米压印设备。该设备采用模块化的设计方法,通过更换不同模块,能够实现冷热两种压印模式。通过自动找平装置和X-Y-θ粗精两级驱动工作台实现高分辨率的定位对准,在150×150mm 的范围内对准分辨率可达20nm,能够满足分步压印和多层压印的要求。 最后,利用研制的设备,进行了微透镜,纳米光栅,纳米凸点阵列等微结构的制作实验,制作出了直径为50μm、节距为60μm 微透镜,直径200nm、周期为300nm的凸点阵列,线宽为80nm、周期为500nm 的光栅等微光学结构。通过实验研究了纳米热压印工艺参数对图形转移保真度的影响,进而对纳米热压印工艺进行了优化。 本研究旨在为纳米技术研究提供一种制造手段,推动纳米光电子、纳米磁存储、生物微流器件等微纳米器件的研究和产业化的进一步发展。


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