納米壓印及MEMS仿生功能表面制備的研究.pdf

1、傳統(tǒng)的光學(xué)光刻由于受光波波長(zhǎng)和數(shù)值孔徑等因素的限制，難于制作線寬小于100nm的圖案。納米壓印是通過壓印使抗蝕劑薄膜產(chǎn)生物理變形以實(shí)現(xiàn)光刻膠的圖形化，因此其分辨率不受光的衍射和散射等因素的限制，可突破傳統(tǒng)光刻工藝的分辨率極限。此外，它可以大批量重復(fù)地在大面積上制備納米圖形結(jié)構(gòu)。因此，納米壓印是一種低制作成本和高生產(chǎn)效率的獲得100nm以下圖案較好的下一代方法，可廣泛用于制作納米圖案和MEMS器件。本文的主要研究?jī)?nèi)容和創(chuàng)新如下：

2、研究了納米壓印光刻膠的微流變力學(xué)性能，建立了納米壓印過程中壓印力、壓印速度和壓印時(shí)間等工藝參數(shù)的數(shù)學(xué)模型，并用有限元方法對(duì)納米壓印過程進(jìn)行了模擬仿真。這對(duì)深入理解納米壓印機(jī)理，優(yōu)化壓印工藝參數(shù)和模板設(shè)計(jì)以獲得高保真度的納米壓印圖形具有重要意義。 分析了納米壓印對(duì)準(zhǔn)運(yùn)動(dòng)，研究了基于莫爾技術(shù)和圖像匹配的定位對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)以及基于柔性元件的承片臺(tái)姿態(tài)調(diào)整機(jī)構(gòu)，研制了具有寬工作范圍和高對(duì)準(zhǔn)精度的納米壓印樣機(jī)。該樣機(jī)在150mm×150mm行程

3、范圍內(nèi)的對(duì)準(zhǔn)精度優(yōu)于20nm，能夠進(jìn)行分步式壓印和多層壓印，滿足4英寸硅片壓印和三維納米結(jié)構(gòu)的制作要求。 利用此樣機(jī)，進(jìn)行了納米光柵、微透鏡陣列等微光學(xué)元件的壓印試驗(yàn)研究，探討了溫度、壓力、膜厚等工藝參數(shù)對(duì)保真度的影響，得出了壓印溫度、壓力控制曲線，獲得了高保真度的壓印樣品。 將納米壓印應(yīng)用于制備具有雙微觀結(jié)構(gòu)的MEMS仿生功能表面。提出將“荷葉效應(yīng)”應(yīng)用于MEMS器件防粘減摩，并應(yīng)用微摩擦學(xué)和分子動(dòng)力學(xué)等理論研究了“荷

4、葉效應(yīng)”在MEMS器件防粘減摩中的作用機(jī)理，為MEMS功能表面改形和改性設(shè)計(jì)提供了一種新方法。 提出了使用納米壓印技術(shù)制備MEMS器件仿生功能表面的新方法，對(duì)塑料微流器件和硅基MEMS器件的仿生功能表面的制備進(jìn)行了試驗(yàn)研究，并對(duì)制備的仿生功能表面進(jìn)行了微摩擦性能測(cè)試。 本研究旨在為制備納米結(jié)構(gòu)和器件提供一種高分辨率、低成本和高生產(chǎn)率的新方法，為制備MEMS器件仿生功能表面以改善其微摩擦性能提供一種新思路，從而推動(dòng)納米光學(xué)