一種電滲驅(qū)動納米壓印裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種電滲驅(qū)動納米壓印裝置，包括工作臺、襯底、液態(tài)有機聚合物、模板、電場和壓印機構(gòu)，工作臺上設(shè)有涂鋪有液態(tài)有機聚合物的襯底，液態(tài)有機聚合物為極性液體或者電解液，具有低粘度，襯底上放置模板，模板上固定有壓印機構(gòu)，模板包括支撐層和特征結(jié)構(gòu)層，支撐層在特征結(jié)構(gòu)層之上，襯底與模板的支撐層之間連有直流電源，施加外加電場，電場強度300～800V/cm；本實用新型采用“電滲力”驅(qū)動提拉極性液體，在很小壓印力作用下，通過向上提升的電滲力即能實現(xiàn)液態(tài)聚合物對于模具微納米結(jié)構(gòu)型腔的快速完全填充，變納米壓印“壓力驅(qū)動”為“電滲力”驅(qū)動，液態(tài)聚合物對于模板微納結(jié)構(gòu)型腔填充由“壓”模式轉(zhuǎn)變?yōu)椤袄蹦Ｊ健?br> 【專利說明】—種電滲驅(qū)動納米壓印裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于微納制造【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種電滲驅(qū)動納米壓印裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]納米壓印光刻(Nanoimprint Lithography, NIL)是一種全新的微納米結(jié)構(gòu)制造方法，它是一種使用模具通過抗蝕劑的受力變形實現(xiàn)其圖形化的技術(shù)。與其它微納米制造方法相比，NIL具有高分辯率、超低成本(國際權(quán)威機構(gòu)評估同等制作水平的NIL比傳統(tǒng)光學(xué)投影光刻至少低一個數(shù)量級)和高生產(chǎn)率的特點，尤其在大面積微納米結(jié)構(gòu)和復(fù)雜三維微納米結(jié)構(gòu)制造方面具有突出的優(yōu)勢。隨著納米壓印光刻在LED納米圖形化、高密度磁盤介質(zhì)(HDD)、微光學(xué)器件(如光學(xué)透鏡、衍射光學(xué)元件、光柵等)、太陽能光伏器件、高清顯示、微流控器件等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，對于大面積納米壓印、高深寬比微納結(jié)構(gòu)的需求越來越迫切，同時復(fù)形精度和質(zhì)量的要求也愈來愈高。
[0003]傳統(tǒng)的納米壓印是基于“壓力驅(qū)動”，即通過在模具上施加壓力，在壓力作用下液態(tài)聚合物流變填充模具微納米結(jié)構(gòu)型腔，完全填充并固化后，模具與壓印聚合物微納米結(jié)構(gòu)相互分離，脫模后得到制造的微納米結(jié)構(gòu)。但是，隨著壓印面積的不斷增大，高深寬比微納結(jié)構(gòu)制造巨大需求，以及壓印效率提高的要求，為了實現(xiàn)壓印過程中液態(tài)聚合物對于模具型腔的快速填充，需要的壓印力也變得越來越大。但是，過大的壓印力會引起諸多不利或者負面的影響:
[0004](I)引起模具的變形，尤其是軟模具將產(chǎn)生更大的變形，影響壓印圖形的精度和質(zhì)量;
[0005](2)可能對襯底造成損傷，尤其對于一些脆性材料襯底(例如II1-V族的襯底和外延片等)，過大或非均勻壓印力可能導(dǎo)致襯底碎裂；
[0006](3)影響對正精度；
[0007](4)增加設(shè)備的復(fù)雜性和成本(需要提高壓印設(shè)備剛性)。
[0008]此外，傳統(tǒng)“壓力驅(qū)動”型納米壓印還面臨以下技術(shù)難題:
[0009](I)難以實現(xiàn)高深寬比微納米結(jié)構(gòu)的制造；
[0010](2)對于非平整襯底、大面積襯底難以確保模具和襯底獲得良好的共形接觸，獲得均勻一致壓印圖形；
[0011](3)大面積填充需要的時間長，嚴重影響納米壓印生產(chǎn)率的提高；
[0012](4)過大的壓印力，導(dǎo)致脫模困難，壓印圖形缺陷多。
[0013]因此，現(xiàn)有傳統(tǒng)“壓力驅(qū)動”型納米壓印面臨以下四個迫切需要解決的挑戰(zhàn)性技術(shù)難題:
[0014](I)大面積晶圓級納米壓??；
[0015](2)高深寬比微納米結(jié)構(gòu)納米壓?。?br> [0016](3)易碎襯底、非平整襯底的納米壓??；
[0017](4)壓印效率改進及提高。實用新型內(nèi)容
[0018]本實用新型為了解決上述問題，提出了一種電滲驅(qū)動納米壓印裝置，該裝置基于微流體電滲驅(qū)動原理，變傳統(tǒng)的“壓力驅(qū)動”型納米壓印為“電滲力驅(qū)動”型納米壓印(液態(tài)聚合物在電滲力作用下被向上提升，實現(xiàn)液態(tài)聚合物對模具微納米結(jié)構(gòu)型腔的快速完全填充，而非通過傳統(tǒng)壓力擠壓液態(tài)聚合物實現(xiàn)對于模具微納米結(jié)構(gòu)型腔填充)，液態(tài)聚合物對于模板微納結(jié)構(gòu)型腔填充由傳統(tǒng)納米壓印的被動“壓”模式轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃印袄蹦Ｊ?。實現(xiàn)大尺寸晶圓級納米壓印(大面積納米壓印)，高深寬比微納米結(jié)構(gòu)納米壓印，易碎襯底和非平整襯底的納米壓印，以及納米壓印效率的改進和提高。
[0019]為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用如下技術(shù)方案:
[0020]一種電滲驅(qū)動納米壓印裝置，包括工作臺、襯底、液態(tài)有機聚合物、模板、電場和壓印機構(gòu)，所述工作臺上設(shè)置有涂鋪有液態(tài)有機聚合物的襯底，襯底上放置有模板，模板上端固定有壓印機構(gòu)，壓印機構(gòu)中設(shè)置有若干個置于模板正上方的紫外光光源，所述模板包括支撐層和特征結(jié)構(gòu)層，支撐層在特征結(jié)構(gòu)層之上，支撐層具有導(dǎo)電特性，特征結(jié)構(gòu)層具有介電特性，并在特征結(jié)構(gòu)層上設(shè)有微納米特征結(jié)構(gòu)，所述襯底與模板的支撐層之間連接有直流電源，施加外加電場；所述液態(tài)有機聚合物為極性液體(導(dǎo)電率較高)或者電解液，并具有較低的粘度，其PH值的范圍:3〈pH彡7。
[0021]所述電場強度大小是300?800V/cm,所述電場的方向取決于極性液態(tài)有機聚合物(離子化溶液)與模板特征結(jié)構(gòu)層(介電表面)固液接觸面(界面)所形成的雙電層固體表面所帶電荷的極性。
[0022]所述襯底為導(dǎo)電襯底。
[0023]所述襯底為在非導(dǎo)電襯底上沉積一層導(dǎo)電層。
[0024]所述模板整體具有高彈性或柔性，并且具有良好紫外透光特性。
[0025]所述模板支撐層材料采用透明導(dǎo)電氧化銦錫(ITO)或者PET，特征結(jié)構(gòu)層材料為石英、玻璃、透明二氧化硅(S12)或者高介電常數(shù)、透明氟聚合物材料(如Teflon等)；所述支撐導(dǎo)電層厚度是100-500微米。特征結(jié)構(gòu)層厚度是200-600微米。
[0026]所述紫外光光源為LED。
[0027]基于電滲驅(qū)動原理和納米壓印要求，如果所形成雙電層模板特征結(jié)構(gòu)層表面帶負電荷，所施加的電場以襯底端為正極，模板端為負極；如果所形成雙電層模板特征結(jié)構(gòu)層表面帶正電荷，所施加的電場以襯底端為負極，模板端為正極?？梢酝ㄟ^提高雙電層zeta電勢(電動電位或電動電勢)有效提高電滲流流速。
[0028]所述電滲流，隨著液態(tài)有機聚合物黏度下降，電滲流增大，在液態(tài)有機聚合物加入有機溶劑如甲醇、乙腈，電滲流增大，在液態(tài)有機聚合物加入表面活性劑，可改變電滲流的大小和方向；雙電層和外加垂直電場是電滲流形成的兩個基本條件。
[0029]一種基于電滲驅(qū)動納米壓印裝置的壓印方法，如果襯底本身是導(dǎo)電的，包括以下步驟:
[0030](I)在襯底上旋涂一層液態(tài)有機聚合物，將襯底置于工作臺之上，使模板與襯底對正；
[0031](2)壓印機構(gòu)帶動模板向襯底移動，使模板與襯底上的液態(tài)有機聚合物獲得完全共形接觸后，打開高壓直流電源，在模板支撐層和襯底之間形成直流電場，實現(xiàn)液態(tài)有機聚合物在模板的特征結(jié)構(gòu)層的納米結(jié)構(gòu)腔內(nèi)的完全填充；
[0032](3)開啟紫外光光源，紫外光透過模板對壓印后的液態(tài)有機聚合物曝光，使液態(tài)有機聚合物曝光，并充分完全固化，固化時間10-40s ；
[0033](4)壓印機構(gòu)帶動模板繼續(xù)向上微移動，實現(xiàn)模板與壓印圖形的逐漸相互分離，完成脫模，并返回壓印原位，更換襯底，開始下一輪工作循環(huán)；
[0034](5)進一步結(jié)合刻蝕工藝，以壓印圖形為掩模，將壓印圖形轉(zhuǎn)移到襯底上，實現(xiàn)襯底圖形化。
[0035]所述步驟(2)的具體方法包括:
[0036]①壓印機構(gòu)帶動模板從初始工位向襯底移動，模板與壓印機構(gòu)以快速進給的速度向襯底移動，一旦模板特征結(jié)構(gòu)層的最低點與襯底上的液態(tài)有機聚合物接觸，壓印機構(gòu)就轉(zhuǎn)變?yōu)楣みM速度；
[0037]②壓印機構(gòu)以工進速度進給，使模板與襯底上的液態(tài)有機聚合物獲得完全共形接觸后，壓印機構(gòu)停止運動；
[0038]③打開高壓直流電源，在模板支撐層和襯底之間形成直流電場，如果所形成雙電層模板特征結(jié)構(gòu)層表面帶負電荷，所施加的電場以襯底端為正極，模板端為負極；如果所形成雙電層模板特征結(jié)構(gòu)層表面帶正電荷，所施加的電場以襯底端為負極，模板端為正極；在外加電場的作用下，形成微流體“電滲流”驅(qū)動，在電滲力作用下使液態(tài)聚合物產(chǎn)生向上的提升力，驅(qū)動液態(tài)有機聚合物在模板特征結(jié)構(gòu)層的微納米結(jié)構(gòu)腔體內(nèi)的快速填充，填充的平均高度取決于電滲力與氣相壓力和聚合物流變阻力的平衡；
[0039]④在電滲力作用下，實現(xiàn)液態(tài)有機聚合物在模板的特征結(jié)構(gòu)層的納米結(jié)構(gòu)腔內(nèi)的完全填充。
[0040]所述步驟(4)的具體方法包括:
[0041]①關(guān)閉高壓直流電源，壓印機構(gòu)帶動模板向上微移動，首先破壞特征結(jié)構(gòu)層與壓印圖形即固化后的聚合物水平接觸界面的粘附力，使模板與固化的壓印圖形相互分離；壓印機構(gòu)帶動模板繼續(xù)向上微移動，實現(xiàn)模板與壓印圖形的逐漸相互分離，完成脫模；
[0042]②模板與壓印圖形完全分離后，壓印機構(gòu)帶動模板快速向上運動，返回壓印原位，更換襯底，開始下一輪工作循環(huán)。
[0043]一種基于電滲驅(qū)動納米壓印裝置的壓印方法，如果襯底本身是非導(dǎo)電的，它包括如下步驟:
[0044](I)在非導(dǎo)電襯底上沉積一層導(dǎo)電層，在導(dǎo)電層之上旋涂一層液態(tài)有機聚合物，將其置于工作臺之上；使模板與襯底對正；
[0045](2)壓印機構(gòu)帶動模板移動，使模板與襯底上的液態(tài)有機聚合物獲得完全共形接觸后打開高壓直流電源，在模板的支撐層和襯底導(dǎo)電層之間形成電場；
[0046](3)開啟紫外光光源，紫外光透過模板對液態(tài)有機聚合物曝光，使液態(tài)有機聚合物曝光，并充分完全固化，固化時間10-40s ；
[0047](4)關(guān)閉高壓直流電源，壓印機構(gòu)帶動模板向上微移動，首先破壞特征結(jié)構(gòu)層與壓印圖形水平接觸界面的粘附力，使模板與固化的壓印圖形相互分離；模板與壓印圖形完全分離后，壓印機構(gòu)帶動模板快速向上運動，返回壓印原位；
[0048](5)結(jié)合刻蝕工藝，以壓印聚合物圖形為掩模，將壓印圖形轉(zhuǎn)移到襯底的導(dǎo)電層上，并以導(dǎo)電層為掩模層，將特征結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移到襯底之上，去除聚合物和導(dǎo)電層，實現(xiàn)襯底圖形化。
[0049]所述步驟(2)中，其具體步驟包括:
[0050]①壓印機構(gòu)帶動模板從初始工位向襯底移動，模板與壓印機構(gòu)以快速進給的速度向襯底移動，一旦模板特征結(jié)構(gòu)層的最低點與襯底上的液態(tài)有機聚合物接觸，壓印機構(gòu)就轉(zhuǎn)變?yōu)楣みM速度；
[0051]②壓印機構(gòu)以工進速度進給，使模板與襯底上的液態(tài)有機聚合物獲得完全共形接觸后，壓印機構(gòu)停止運動；
[0052]③打開高壓直流電源，在模板的支撐層和襯底導(dǎo)電層之間形成電場。如果所形成雙電層模板特征結(jié)構(gòu)層表面帶負電荷，所施加的電場以襯底端為正極，模板端為負極；如果所形成雙電層模板特征結(jié)構(gòu)層表面帶正電荷，所施加的電場以襯底端為負極，模板端為正極。在外加電場的作用下，形成微流體“電滲流”驅(qū)動，在電滲力作用下使液態(tài)聚合物產(chǎn)生向上的提升力，驅(qū)動液態(tài)有機聚合物在模板特征結(jié)構(gòu)層的微納米結(jié)構(gòu)腔體內(nèi)的快速填充，填充的平均高度取決于電滲力與氣相壓力和聚合物流變阻力的平衡；
[0053]④在電滲力作用下，實現(xiàn)液態(tài)有機聚合物在模板的特征結(jié)構(gòu)層的納米結(jié)構(gòu)腔內(nèi)的完全填充。
[0054]所述步驟(2)中，當(dāng)極性液態(tài)有機聚合物、模板特征結(jié)構(gòu)層所選用的材料確定后，極性液態(tài)有機聚合物與模板特征結(jié)構(gòu)層固液接觸面所形成的雙電層固體表面所帶電荷的極性也隨之確定，所施加電場方向也隨之確定。
[0055]本實用新型的有益效果為:
[0056]1.變傳統(tǒng)納米壓印“壓力驅(qū)動”為“電滲力”驅(qū)動，實現(xiàn)液態(tài)聚合物對于模板微納結(jié)構(gòu)腔體填充由傳統(tǒng)的“壓”模式到“拉”模式的轉(zhuǎn)變；在很小壓印力條件下，利用向上的“電滲力”驅(qū)動提拉液態(tài)聚合物即能實現(xiàn)對于模具微納米結(jié)構(gòu)腔體的快速完全填充，微流體電滲驅(qū)動是一種致動力直接作用于流體的驅(qū)動方式，具有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、控制及操作方式簡單、流型呈扁平狀等優(yōu)點；電滲流的體積流量(每單位流道寬度)與流道高度(h)成線性變化，可以使用較低的驅(qū)動電場在微納流道中產(chǎn)生的較高的流量；電滲流的速度分布呈幾乎均勻的栓塞狀；
[0057]2.模板為雙層復(fù)合結(jié)構(gòu)，即包括支撐層和特征結(jié)構(gòu)層，模板整體具有很高的彈性或柔性，并且具有良好紫外透光特性；
[0058]3.實現(xiàn)了高效、低成本大面積納米壓印，尤其能夠?qū)崿F(xiàn)高深寬比微納結(jié)構(gòu)的高效和低成本制造，以及非平整、易碎襯底的大面積壓印圖形化；
[0059]4.適用范圍廣泛,可用于高密度磁盤、微光學(xué)器件(如光學(xué)透鏡、衍射光學(xué)兀件等)、玻璃圖形化、各種涂層(抗反射、自清潔、抗霜等)、三維微型電池、蝶式太陽能聚光器、復(fù)眼影像感測器、微流控器件、生物傳感器、MEMS器件、光伏器件等的制造，尤其適合亞波長抗反射結(jié)構(gòu)、大面積平板顯示、太陽能電池板、玻璃圖形化、LED圖形化、晶圓級微光學(xué)器件的工業(yè)級生產(chǎn)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0060]圖1是本實用新型電滲驅(qū)動納米壓印裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0061]圖2是本實用新型模板結(jié)構(gòu)示意圖；
[0062]圖3是本實用新型一種模板實施例結(jié)構(gòu)示意圖；
[0063]圖4是非導(dǎo)電襯底沉積導(dǎo)電層結(jié)構(gòu)示意圖。
[0064]其中，1、工作臺；10、雙電層；1001、負電荷；2、襯底；3、液態(tài)有機聚合物；4、模板；401、支撐層；402結(jié)構(gòu)層；40201、微納米結(jié)構(gòu)腔；5、光源；6、高壓直流電源；7、壓印機構(gòu)。

【具體實施方式】
:
[0065]下面結(jié)合附圖與實施例對本實用新型作進一步說明。
[0066]如圖1所示，一種電滲驅(qū)動納米壓印裝置，包括工作臺(承片臺)1、襯底(晶圓、夕卜延片)2、液態(tài)有機聚合物3、模板(模具)4、紫外光光源5、高壓直流電源6、壓印機構(gòu)7 ;其中，涂鋪有液態(tài)有機聚合物3的襯底2固定于工作臺I之上；模板4置于襯底2的正上方；紫外光光源5置于模板4正上方；模板4、紫外光光源5固定在壓印機構(gòu)7之上；高壓直流電源6的一端與襯底2 (第一電極)相連，另一端與模板4的支撐層401 (第二電極)相連接，在模板4和襯底2之間，即第二電極、第一電極形成電場。本實施例所形成雙電層10模板4特征結(jié)構(gòu)層401表面帶負電荷1001，因此，以模板4端為負極，襯底2端為正極。
[0067]如圖2所示，模板4為雙層復(fù)合結(jié)構(gòu)，包括支撐層401和特征結(jié)構(gòu)層402，支撐層401位于特征結(jié)構(gòu)層402之上。支撐層401具有導(dǎo)電特性，特征結(jié)構(gòu)層402具有介電特性，并在特征結(jié)構(gòu)層402上設(shè)有微納米特征結(jié)構(gòu)(型腔)40201。特征結(jié)構(gòu)層402具有高介電性和透明的特性，支撐層401具有透明、導(dǎo)電的特性。支撐層401的厚度是100-800微米。特征結(jié)構(gòu)層402的厚度是200-600微米。
[0068]如圖3所示，模板4的支撐層401采用透明導(dǎo)電氧化銦錫(ITO)，特征結(jié)構(gòu)層透明二氧化硅(S12)，支撐層401的厚度是400微米，特征結(jié)構(gòu)層402的厚度是200微米。
[0069]如圖4所不,所述為非導(dǎo)電藍寶石襯底2,在其上沉積厚度50nm導(dǎo)電層201金屬鎳。
[0070]模板、液態(tài)有機聚合物、襯底需要滿足以下條件:
[0071](I)模板:模板為雙層復(fù)合結(jié)構(gòu)，即包括支撐層和特征結(jié)構(gòu)層，其中支撐層具有導(dǎo)電特性，特征結(jié)構(gòu)層具有介電特性(或者沉積一層介電層(dielectric layer));模板整體具有很高的彈性或柔性，以適應(yīng)非平整襯底隨形(conformal)接觸的要求；此外還應(yīng)具有高的紫外光透過率，滿足紫外固化要求；
[0072](2)液態(tài)有機聚合物:液態(tài)聚合物為極性、低粘度液態(tài)材料，具有良好的導(dǎo)電特性，并含有光引發(fā)子，實現(xiàn)紫外固化功能。其pH值的范圍:3〈pH<7。在液態(tài)有機聚合物加入表面活性劑，可改變電滲流的大小和方向。(非極性溶液導(dǎo)電率太低，在固液界面難以形成雙電層，無法形成電滲流)
[0073](3)襯底:具有導(dǎo)電性或者包含導(dǎo)電層，例如對于LED外延片和一些導(dǎo)電襯底(如SiC襯底)，其本身就具有導(dǎo)電性；而對于一些不導(dǎo)電的襯底，如藍寶石襯底需要在襯底上沉積一層導(dǎo)電層如Cr、鎳或者ITO等，該層同時兼做藍寶石刻蝕的硬掩模層(Hard Mask)。
[0074](4)液態(tài)有機聚合物與模板特征結(jié)構(gòu)層(介電表面)固液接觸面應(yīng)易于形成雙電層。
[0075](5)當(dāng)極性液態(tài)有機聚合物、模板特征結(jié)構(gòu)層所選用的材料確定后，極性液態(tài)有機聚合物(離子化溶液)與模板特征結(jié)構(gòu)層(介電表面)固液接觸面(界面)所形成的雙電層固體表面所帶電荷的極性也隨之確定，所施加電場方向也隨之確定。
[0076]實施例一:
[0077]本實用新型以LED外延片(導(dǎo)電襯底)圖形化(GaN基光子晶體LED制造)為實施例，基于本實用新型的裝置和方法進行LED外延片圖形化的具體工藝步驟包括:
[0078](I)預(yù)處理過程
[0079]在GaN基LED襯底2上旋涂一層液態(tài)有機聚合物3，將其置于工作臺I之上。將模板4固定在壓印機構(gòu)7上；并使模板4與GaN基LED襯底2對正。
[0080](2)壓印過程
[0081 ] ①壓印機構(gòu)7帶動模板4從初始工位向襯底2移動，模板4與壓印機構(gòu)7以快速進給的速度向襯底2移動，一旦模板4特征結(jié)構(gòu)層402的最低點與襯底2上的液態(tài)有機聚合物3接觸，壓印機構(gòu)7就轉(zhuǎn)變?yōu)楣みM速度；
[0082]②壓印機構(gòu)7以工進速度進給，使模板4與襯底2上的液態(tài)有機聚合物獲得完全共形接觸后，壓印機構(gòu)7停止運動；
[0083]③打開高壓直流電源6，本實施例所形成雙電層10模板4特征結(jié)構(gòu)層401表面帶負電荷1001，因此，以GaN基LED襯底2端為正極，模板4端為負極，在模板4和襯底2之間形成直流電場。在外加電場的作用下，形成微流體“電滲流”驅(qū)動，在電滲力作用下使液態(tài)聚合物3產(chǎn)生向上的提升力，驅(qū)動液態(tài)有機聚合物3在模板4特征結(jié)構(gòu)層402的微納米結(jié)構(gòu)腔(型腔)40201的快速填充，填充的平均高度取決于電滲力與氣相壓力和聚合物流變阻力的平衡；
[0084]④在電滲力作用下，實現(xiàn)液態(tài)有機聚合物3在模板4的特征結(jié)構(gòu)層402的納米結(jié)構(gòu)腔(型腔)40201內(nèi)的快速完全填充；
[0085](3)固化過程
[0086]開啟紫外光光源5，紫外光透過模板4對液態(tài)有機聚合物3曝光，使液態(tài)有機聚合物3曝光充分完全固化。
[0087]⑷脫模過程
[0088]①關(guān)閉高壓直流電源6 (電場)，壓印機構(gòu)7帶動模板4向上微移動，首先破壞模板4特征結(jié)構(gòu)層402與壓印圖形(固化后的聚合物)水平接觸界面的粘附力，使模板4與固化后的壓印圖形相互分離；壓印機構(gòu)7帶動模板4繼續(xù)向上微移動，實現(xiàn)模板4與壓印圖形的逐漸相互分離，完成脫模；
[0089]②模板4與壓印圖形完全分離后，壓印機構(gòu)7帶動模板4快速向上運動，返回壓印原位，更換GaN基LED襯底2，開始下一輪工作循環(huán)；
[0090](5)后處理過程
[0091]后續(xù)結(jié)合刻蝕工藝(濕法刻蝕或者ICP刻蝕)，以壓印圖形為掩模，將壓印圖形轉(zhuǎn)移到GaN基LED襯底2上，實現(xiàn)LED襯底2的圖形化或者光子晶體LED制造。
[0092]本實施例一電場強度大小是400V/cm。
[0093]所述固化時間25s。
[0094]所述極性液態(tài)有機聚合物的pH值為7。
[0095]實施例二
[0096]對于不導(dǎo)電襯底，需要在襯底上先沉積一層導(dǎo)電層，例如金屬鎳、鉻、ITO等，該層同時兼做圖形轉(zhuǎn)移的硬掩模層(Hard Mask)。本實施例二以藍寶石襯底圖形化為例，首先在藍寶石襯底2上沉積50nm金屬鎳導(dǎo)電層201，隨后基于本實用新型裝置和方法進行藍寶石襯底2圖形化的具體工藝步驟包括:
[0097](I)預(yù)處理過程
[0098]在沉積金屬鎳201的藍寶石襯底2上旋涂一層液態(tài)有機聚合物3，將其置于工作臺I之上；并使模板4與藍寶石襯底2對正。
[0099](2)壓印過程
[0100]①壓印機構(gòu)7帶動模板4從初始工位向藍寶石襯底2移動，模板4與壓印機構(gòu)7以快速進給的速度向襯底移動，一旦模板4特征結(jié)構(gòu)層402的最低點與藍寶石襯底2上的液態(tài)有機聚合物3接觸，壓印機構(gòu)7就轉(zhuǎn)變?yōu)楣みM速度；
[0101]②壓印機構(gòu)7以工進速度進給，使模板4與藍寶石襯底2上的液態(tài)有機聚合物3獲得完全共形接觸后，壓印機構(gòu)7停止運動；
[0102]③打開高壓直流電源6，本實施例所形成雙電層10模板4特征結(jié)構(gòu)層401表面帶負電荷1001，因此，以藍寶石襯底2的導(dǎo)電層金屬鎳201端為正極，模板4端為負極，在模板4和藍寶石襯底2之間形成直流電場。在外加電場的作用下，形成微流體“電滲流”驅(qū)動，在電滲力作用下使液態(tài)聚合物3產(chǎn)生向上的提升力，驅(qū)動液態(tài)有機聚合物3在模板4特征結(jié)構(gòu)層402的微納米結(jié)構(gòu)內(nèi)(型腔)40201的快速填充，填充的平均高度取決于電滲力與氣相壓力和聚合物流變阻力的平衡；
[0103]④在電滲力作用下，實現(xiàn)液態(tài)有機聚合物3在模板4的特征結(jié)構(gòu)層402的納米結(jié)構(gòu)腔(型腔)40201內(nèi)的快速完全填充；
[0104](3)固化過程
[0105]開啟紫外光光源5，紫外光透過模板4對液態(tài)有機聚合物3曝光，使液態(tài)有機聚合物3曝光充分完全固化。
[0106](4)脫模過程
[0107]①關(guān)閉高壓直流電源6 (電場)，壓印機構(gòu)7帶動模板4向上微移動，首先破壞特征結(jié)構(gòu)層402與壓印圖形(固化后的壓印圖形聚合物)水平接觸界面的粘附力，使模板4與壓印圖形相互分離；壓印機構(gòu)7帶動模板4繼續(xù)向上微移動，實現(xiàn)模板4與壓印圖形的逐漸相互分離，完成脫模；
[0108]②模板4與壓印圖形完全分離后，壓印機構(gòu)7帶動模板4快速向上運動，返回壓印原位，更換藍寶石襯底2，開始下一次工作循環(huán)；
[0109](5)后處理過程
[0110]后續(xù)結(jié)合刻蝕工藝(濕法刻蝕或者ICP刻蝕)，以壓印圖形為掩模，將特征圖形轉(zhuǎn)移到藍寶石襯底2的導(dǎo)電層金屬鎳201上，并以導(dǎo)電層金屬鎳201為硬掩模層，將模板4特征結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移到藍寶石襯底2之上，去除聚合物壓印圖形和導(dǎo)電層金屬鎳201，實現(xiàn)藍寶石襯底2的納米圖形化。
[0111]本實施例二電場電場強度大小是500V/cm。
[0112]所述固化時間20s。
[0113]所述極性液態(tài)有機聚合物的pH值為7。
[0114]對于實施例一和二，特征結(jié)構(gòu)層采用石英或者二氧化硅時，溶液pH增高時，表面電離多，電荷密度增加，特征結(jié)構(gòu)層zeta電勢增大，電滲流增大，pH = 7，達到最大；pH〈3，完全被氫離子中和，表面電中性，電滲流為零。
[0115]本實用新型變傳統(tǒng)納米壓印“壓力驅(qū)動”為“電滲力”驅(qū)動，液態(tài)聚合物對于模板微納結(jié)構(gòu)型腔填充由傳統(tǒng)納米壓印的被動“壓”模式轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃印袄蹦Ｊ剑辉诤苄河×l件下，利用向上的“電滲力”驅(qū)動提拉液態(tài)聚合物即能實現(xiàn)對于模具微納米結(jié)構(gòu)腔體的快速完全填充。微流體電滲驅(qū)動是一種致動力直接作用于流體的驅(qū)動方式，具有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、控制及操作方式簡單、流型呈扁平狀等優(yōu)點。電滲流和壓力驅(qū)動流相比有幾點不同:首先，電滲流的體積流量(每單位流道寬度)與流道高度(h)成線性變化，可以使用較低的驅(qū)動電場在微納流道中產(chǎn)生的較高的流量。而壓力驅(qū)動流的流量(每單位寬度)與流道高度的立方成正比，這需要非常大的壓降，使得壓力驅(qū)動流不適合納米流道應(yīng)用。其次，電滲流的速度分布呈幾乎均勻的栓塞狀，而壓力驅(qū)動流的速度分布是拋物線型。
[0116]上述雖然結(jié)合附圖對本實用新型的【具體實施方式】進行了描述，但并非對本實用新型保護范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本實用新型的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本實用新型的保護范圍以內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種電滲驅(qū)動納米壓印裝置，其特征是:包括工作臺、襯底、液態(tài)有機聚合物、模板、電場和壓印機構(gòu)，所述工作臺上設(shè)置有涂鋪有液態(tài)有機聚合物的襯底，襯底上放置有模板，模板上端固定有壓印機構(gòu)，壓印機構(gòu)中設(shè)置有若干個置于模板正上方的紫外光光源，所述模板包括支撐層和特征結(jié)構(gòu)層，支撐層在特征結(jié)構(gòu)層之上，支撐層具有導(dǎo)電特性，特征結(jié)構(gòu)層具有介電特性，并在特征結(jié)構(gòu)層上設(shè)有微納米特征結(jié)構(gòu)，所述襯底與模板的支撐層之間連接有直流電源，施加外加電場，電場強度是300?800V/cm ;所述液態(tài)有機聚合物為極性液體或者電解液，并具有低粘度，其PH值的范圍:3〈pH< 7。
2.如權(quán)利要求1所述的一種電滲驅(qū)動納米壓印裝置，其特征是:所述襯底為導(dǎo)電襯底。
3.如權(quán)利要求1所述的一種電滲驅(qū)動納米壓印裝置，其特征是:所述襯底為在非導(dǎo)電襯底上沉積一層導(dǎo)電層。
4.如權(quán)利要求1所述的一種電滲驅(qū)動納米壓印裝置，其特征是:所述模板支撐層材料采用透明導(dǎo)電氧化銦錫或者PET，特征結(jié)構(gòu)層材料為石英、玻璃、透明二氧化硅或者高介電常數(shù)、透明氟聚合物材料。
5.如權(quán)利要求4所述的一種電滲驅(qū)動納米壓印裝置，其特征是:所述支撐導(dǎo)電層厚度范圍為100-500微米，所述特征結(jié)構(gòu)層厚度范圍為200-600微米。
【文檔編號】B82Y40/00GK204009350SQ201420449381
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年8月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月8日
【發(fā)明者】蘭紅波 申請人:青島理工大學(xué)