低压压印制备硅点阵结构的工艺研究

高密度、图形规则的硅点阵结构由于其独特的光电性能具有广泛的应用前景.本文介绍了一种以低压压印结合反应离子刻蚀制备硅点阵的方法,即利用PDMS模板通过压印复制获得PMMA掩模结构,用反应离子刻蚀在硅片表面制得高度有序的硅纳米点阵结构.实验和有限元模拟结果表明,低压压印因为毛细作用下光刻胶在模板内的充分填充可以获得良好的图形复制精度和较小的残余胶厚度,因此适于大面积高密度光刻胶结构的均匀复制.     

纳米光子结构软膜紫外光固化纳米压印

紫外光固化纳米压印是实现纳米结构批量复制的一种新技术．其特点是低成本和高分辨，而且可以达到极高的套刻精度．为了得到大面积图案的均匀复制，可用聚二甲基硅氧烷（PDMS）制备透光的压印软模板．其母版图案可由高分辨率电子柬曝光和反应离子刻蚀的方法在硅片基底上获得，然后用浇注的方法将图案转移到PDMS上．本实验特别发展了紫外光固化纳米压印适用于软膜压印的双层膜图型转移技术．该双层膜由廉价的光胶和聚甲基丙烯酸甲脂（PMMA）构成．对光胶层的压印可用普通的光学曝光仪实现．然后再将图案用反应离子刻蚀的方法转移到PMMA层中．为了证明方案的可行性，在两种不同材料的半导体基片上压印了三角晶格的光子晶体和准晶结构的图案，并用剥离的方法将它们转移到金属薄膜上，最后成功地进行了硅片刻蚀实验．相信这一纳米制做方法对大面积纳米光子结构和光学集成芯片的制造是普遍适用的．     

基于紫外固化胶/PMMA双层胶转印技术的微纳结构制作

本文基于聚二甲基硅氧烷(PDMS)微结构图章的转印技术将紫外固化胶图形转移到PMMA基底上,形成紫外固化胶/PMMA双层胶结构,用等离子刻蚀(RIE)后,得到具有内切结构的光刻胶掩膜,镀金属膜并去胶获得周期性微纳结构。由于界面间粘附能的差异,紫外固化胶图形可以在无粘附剂辅助下成功转移到PMMA基底上。比较PMMA和这种紫外固化胶在氧气等离子中的刻蚀速率,表明紫外固化胶在氧气等离子体中具有高抗刻蚀性,有利于底层的PMMA形成去胶所需的内切结构。     

一种自封装技术制备PMMA微流控通道方法研究

本文结合湿法腐蚀技术、紫外固化纳米压印技术、热压纳米压印技术制备出聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)沟槽微结构,基于局部加热的自封装技术成功制备出了PMMA微流控通道。研究了硅模板结构参数的选择要求以及工艺过程中实验参数对实验的影响。实验结果表明,热硅片与基片相对运动方向应与PMMA沟槽微结构方向平行,有利于制备出变形量小、尺寸均匀的微流控通道。     

基于硅与非硅复合方法的异平面空心微针制作

为了解决制备空心微针工艺复杂且成本高的问题,本文提出了采用湿法刻蚀、光刻和电镀结合的方法制备低成本空心金属微针.首先采用湿法刻蚀硅,得到280μm深的倒四棱锥锥坑;然后在锥坑上甩200μm厚的负胶SU-8填充锥坑,并通过曝光显影负胶形成微针的形貌;最后在曝光显影后的负胶上电镀50μm厚的镍得到所需形状的空心金属微针.用此方法制备的空心微针高度为350μm、壁厚为50μm,其针尖形状为三棱锥和四棱锥.通过有限元仿真分析微针强度与微针结构尺寸的关系.用此方法加工出的微针具有锥形尖,改善了刺入皮肤的效果.     

静电纺丝制备SU-8光刻胶纳米纤维及图案阵列

利用静电纺丝和紫外光刻技术直接制备了不同结构的SU-8光刻胶纳米纤维薄膜及图案阵列。通过光学显微镜和扫描电子显微镜表征了纳米纤维的形貌、尺寸及结构。结果表明,通过改变SU-8光刻胶的黏度可形成不同直径和形貌的纤维结构,其中用SU-8 3010和SU-8 3050光刻胶制备的纳米纤维具有最优的形貌,其平均直径分别为470 nm和610nm。利用带有长方形缺口的铝箔和同轴电纺的方法分别制备了平行趋向和空心结构的纳米纤维。通过紫外光刻过程,可将SU-8纳米纤维加工成点阵、条状等不同形貌的图案阵列或结构,有望用作细胞培养研究的功能基底材料。     

二维亚波长结构石英紫外压印模板的制备

利用紫外光刻和反应离子刻蚀技术在石英衬底上制备二维亚波长结构的压印模板,并对模板进行表面修饰.研究了主要刻蚀工艺参数对刻蚀速率及刻蚀形貌的影响.增加工作气压,刻蚀速率先增大到最大值,然后下降;增加射频功率可以提高刻蚀速率,但功率过大会导致刻蚀产物发生二次沉积;延长刻蚀时间可以增加刻蚀深度,但时间过长会发生过刻蚀现象.在优化的刻蚀工艺条件下制备出了较为理想的亚波长石英模板.经表面修饰后,模板表面与水的接触角增大,有效克服了压印胶的粘连,并在ZnS衬底上压印出了良好的二维亚波长结构图形.     

一种大面积二维石英纳米结构制备的工艺研究

介绍一种采用紫外(363.8nm)激光干涉光刻得到大面积二维纳米点阵结构的方法,该技术具有操作简单、光路搭建成本低、可以大面积加工微纳图形结构等优点;并利用等离子体刻蚀传递,获得周期为200nm的二维石英纳米点阵结构。通过光刻工艺与反应离子束刻蚀工艺的优化,得到加工二维石英点阵的最优制备工艺。利用扫描电子显微镜(SEM)与原子力显微镜(AFM)对制备二维纳米图形结构进行表征与分析,并利用紫外可见光分光光度计对制备的二维点阵结构图形进行紫外透过率测试,发现加工的二维结构在365nm处的透过率仍大于90%,符合紫外固化纳米印掩模板对紫外光高透过率的要求。     

光助电化学刻蚀法制作大面积高深宽比硅深槽

为解决用光助电化学刻蚀法制作大面积高深宽比硅深槽过程中出现均匀性差的问题,在分析了传统光助电化学刻蚀装置中存在的不足的基础上,设计并制作了一套新型大面积光助电化学刻蚀装置.该装置通过特殊设计的花洒式溶液循环机构和水冷隔热系统,解决了大面积硅片在长时间深刻蚀过程中出现的溶液升温和气泡堆积的问题.借助这套装置能够实现127 mm（5 inch）及以上大面积硅片的均匀深刻蚀.同时,通过采用以0.01 A/min的速率逐步增加刻蚀电流的方法,来补偿侧向腐蚀对槽底电流密度的影响,保证了整个刻蚀过程中硅深槽形貌的一致性.最终在整个127 mm硅片上制作出了各处均匀一致的硅深槽,深度达60μm、深宽比在20以上.     

基于柔性掩膜的高可靠性玻璃喷砂微加工工艺

喷砂是一种高效率的表面加工技术,将其应用于微加工领域可以实现对玻璃、硅和陶瓷等脆性材料的选择性刻蚀.本文着重探讨了掩膜性质及刻蚀条件对喷砂微加工刻蚀效率及刻蚀形貌的影响.实验中对柔性聚二甲基硅氧烷(PDMS)掩膜微结构的制备方法进行了改良,即借助精密切削工艺实现PDMS/SU-8微结构边界精确互补成形,制备了可以满足选择性刻蚀要求的掩膜结构.同时改变实验条件,研究了掩膜开口尺寸、压缩空气压强以及砂材粒径对喷砂速率及刻蚀形貌的影响.结果表明:适当增大压缩空气气压有助于待刻蚀材料从塑性到脆性的转变,刻蚀速率有明显提高.而将砂材粒径从30μm减小至20μm,可以改善成形形貌.初步研究结果表明,文中提出的玻璃喷砂微加工方法能够满足深度为500μm的玻璃通孔阵列的刻蚀要求.     

基于转写技术的微针阵列制备与强度特性测试

为达到低成本、批量化制备微针阵列的目的,提出了一种分别制备微针针尖模具和微针立柱模具的微针模具制备方法.制备微针针尖硅模具是采用湿法刻蚀方法,SU-8微针的立柱部分则采用套刻工艺制备.以此模具为母版,采用聚二甲基硅氧烷(PDMS)二次转写技术获得PDMS二次母版.以PDMS母版为模具,分别用浇铸法制备了3种不同聚合物材料(左旋聚乳酸(PLLA),聚苯乙烯(PS),透明质酸(HA))的微针阵列;还以PDMS母版为模具,用电铸法制备了金属Ni微针阵列.该微针阵列的密度约为300根针/cm2.对制备的4种微针进行力学特性测试,实验结果表明,加工出的微针有足够的力学强度,可用于无痛注射.     

旋转体自身驱动的硅微机械陀螺

报道了一种利用旋转体自身角速度作为驱动力，通过各向异性刻蚀硅片制作的硅微机械陀螺。介绍了该陀螺敏感结构（硅摆）的设计、制作与封装工艺，用仿真器测试了旋转体的角速率。模拟试验和性能测试表明，该陀螺结构原理正确，可用于敏感旋转体的偏航或俯仰角速度，以及旋转体自身的角速度。     

多孔硅与聚甲基丙烯酸甲酯复合光致发光特性研究

多孔硅与有机材料复合可以改善多孔硅的光致发光特性。用化学腐蚀的方法制备了多孔硅，通过不同方法实现了多孔硅与聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的复合。实验结果表明，用旋涂法实现的PMMA固化后再与多孔硅复合而制得的样品的结果最好，它与原始的多孔硅样品相比，发光峰发生了蓝移而且发光强度下降很小。PMMA层有限的厚度和PMMA对多孔硅表面的保护使复合后发光强度下降很小。制备的多孔／PMMA复合体系的发光强度几乎不随时间而下降，这可能是由于PMMA有效地隔绝多孔硅与空气的接触，保护了多孔硅的表面，不会产生更多的悬挂键。     

电催化金属辅助化学刻蚀法制备硅纳米线/多孔硅复合结构

量子限制效应使硅纳米线具有良好的场致发射特性, 结合多孔硅的准弹道电子漂移模型可提高场发射器件的性能。传统的金属辅助化学刻蚀法制备硅纳米线的效率较低, 本研究在传统方法的基础上引入恒流源, 提出电催化金属辅助化学刻蚀法, 高效制备了硅纳米线/多孔硅复合结构。在外加30 mA恒定电流的条件下, 硅纳米线的平均制备速率可达308 nm/min, 较传统方法提升了173%。研究了AgNO₃浓度、刻蚀时间和刻蚀电流对复合结构形貌的影响规律; 测试了采用电催化金属辅助化学刻蚀法制备样品的场发射特性。结果显示样品的阈值场强为10.83 V/μm, 当场强为14.16 V/μm时, 电流密度为64 μA/cm²。     

软膜紫外光固化纳米压印中Amonil光刻胶的刻蚀参数优化(英文)

报道了反应离子刻蚀转移图形过程中对Amonil光刻胶的刻蚀参数优化的结果.利用软膜紫外光固化纳米压印技术,首先制备了线宽/间距均为200 nm的纳米光栅结构.然后采用反应离子刻蚀的方法去除残留的Amonil光刻胶.研究了不同的气体组成、射频功率、压强和气体流量对刻蚀形貌、表面粗糙度以及刻蚀速度的影响.在优化的工艺条件下,获得了理想的具有垂直侧壁形貌和较小表面粗糙度的纳米光栅阵列.结果表明,选择优化的刻蚀工艺参数,既能有效地改善图形转移的性能,同时也能提高所制备结构的光学应用特性.     

聚合物弹性印章的制作工艺

为了解决软光亥4技术中核心元件弹性印章的制备技术,对SU-8胶印模和聚合物弹性印章进行了工艺研究．通过多次实验和测量,获得了制作SU-8胶印模和聚合物弹性印章的稳定工艺参数,得到了表面形貌好、线条控制精确的SU-8胶印模和聚合物弹性印章样品,弹性印章特征线条尺寸在长宽高方向上为70mm×50μm×42μm,完全可满足软光刻技术要求,这为软刻蚀技术的进一步开发打下了良好的基础．     

用于PDMS微芯片塑性成型的SU-8模具制作工艺的优化

PDMS是制作微流控芯片的主要材料.PDMS芯片制作的主要方法是模塑法,模塑法要求有良好的塑性成型模具.SU-8以其良好的微加工特性,目前已广泛应用于微机械结构的制作,也用于PDMS塑性成型的模具.本文根据模具的特殊性,如平整、无裂纹、可多次使用等要求,研究了影响SU-8模具结构与基底材料硅片的黏附性和形成裂纹的因素,优化了SU-8微模具加工工艺,在以0.5℃/min进行升降温、210 mJ/cm2的曝光剂量、200℃条件下硬烘30min条件下得到较好的SU-8模具,提供了一种快速、复用性高、低成本的PDMS微芯片塑性成型的SU-8模具的制作方法.     

SU-8胶高温碳化制备微电极研究

采用SU-8光刻胶为前驱体,控制转速在硅基上均匀旋涂SU-8胶薄膜,采用不同碳化温度制得微型微机电系统(MEMS)超级电容器多孔碳电极材料。研究结果表明:在碳化温度为900℃的条件下,制得的MEMS超级电容器多孔碳电极材料的孔隙结构发达、导电性较好,0.5mA/cm~2电流密度下比电容可达49.3mF/cm~2,在超级电容器电极材料领域具有较好的市场前景。     

超厚SU-8负胶高深宽比结构及工艺研究

采用新型SU-8光刻胶在UV-LIGA技术基础上制备了各种高深宽比MEMS微结构,研究了热处理和曝光两个重要因素对高深宽比微结构的影响,解决了微结构的开裂和倒塌等问题;优化了SU-8胶工艺,从而获得了最大深宽比为27：1的微结构。     

二氧化硅纳米颗粒的反应离子刻蚀及其在硅纳米针尖制备中的应用

系统地研究了硅衬底上二氧化硅纳米颗粒的反应离子刻蚀（R IE）过程,并在此基础上制备了可用于场发射的硅纳米针尖阵列.首先,采用改进的蒸发法在硅衬底上实现二氧化硅纳米颗粒的单层密排结构,再采用典型的刻蚀二氧化硅的RIE技术同时刻蚀硅衬底和二氧化硅纳米颗粒,在对纳米颗粒尺寸随刻蚀进行而改变的电镜照片分析的基础上,获得了相应的二氧化硅纳米颗粒刻蚀模型,计算得到横向和纵向的刻蚀速率;当刻蚀后的二氧化硅纳米颗粒从衬底上脱落后,进一步对硅衬底的刻蚀可以得到锐利的硅纳米针尖阵列,初步的实验结果表明,所制备的硅纳米针尖具有较好的场发射特性.