一種納米壓印模板制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種納米壓印模板制備方法，所述方法包括以下步驟：提供具有微納米尺寸的三維圖形結(jié)構(gòu)的原始模板；在基底上涂覆溶膠作為襯底；利用所述原始模板通過壓印技術(shù)在所述襯底上壓印出所述微納米尺寸的三維圖形結(jié)構(gòu)的互補(bǔ)圖形并固化；將得到的具有所述互補(bǔ)圖形的所述襯底作為模板在后續(xù)的納米壓印工藝中使用。本發(fā)明的納米壓印模板制備方法可重復(fù)性高，可快速、大規(guī)模、低成本制備無機(jī)物模板且可用于紫外壓印、熱壓印等過程，所制得的模板有較高的機(jī)械強(qiáng)度、重復(fù)利用性高、在后續(xù)壓印過程中保形性好，將其作為掩膜版使用經(jīng)過刻蝕后能得到更高縱深比的基底材料，能有效避免光刻膠作為掩膜版帶來的刻蝕之后結(jié)構(gòu)較淺的困境。
【專利說明】
一種納米壓印模板制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及納米壓印技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種納米壓印模板制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]納米壓印(NIL)工藝過程類似于機(jī)械制造中的鑄造工藝，固化膠在一定輔助手段下，如熱、紫外、溶劑揮發(fā)等，經(jīng)過流動、壓印和固化過程，轉(zhuǎn)印復(fù)制模板上的微納米圖形結(jié)構(gòu)。與其它光刻技術(shù)相比，納米壓印技術(shù)具有加工精度高、工序簡單、生產(chǎn)效率高、成本低、適合產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的優(yōu)勢，有助實(shí)現(xiàn)幾十納米特征線寬結(jié)構(gòu)的批量加工，在集成電路、微細(xì)加工、生物傳感器、光學(xué)器件等領(lǐng)域具有廣闊應(yīng)用前景。
[0003]在納米壓印過程中，壓印模板作為壓印特征的初始載體，其質(zhì)量好壞直接決定了壓印圖形的質(zhì)量。制備出滿足高精度、高均勻性、高保真、長壽命的壓印模板是壓印技術(shù)的關(guān)鍵。目前常用的納米壓印用模板可分為彈性材料模板及硬質(zhì)模板。常見的彈性材料模板是聚二甲基硅氧烷(PDMS)及其衍生物(h-PDMS，x-PDMS等)，它們可以通過復(fù)制硬質(zhì)母模板得到，具有成本較低、紫外透過率高等特點(diǎn)。申請?zhí)枮镃N101036086A的專利文獻(xiàn)公開了一種在毫米級結(jié)構(gòu)上進(jìn)行納米級壓印的納米壓印模板，該模板通過將模板的彎曲局限于壓印部分之間的基體部件上來限制待壓印光刻圖案的襯底中或襯底上的缺陷和/或模板中或模板上的缺陷以及此類缺陷的任一組合的影響。然而這類彈性模板的楊氏模量較低，難以獲得較小特征尺寸或者在較大壓印壓力下易變形。因此，此類模板的使用壓力被限制在較低的壓力范圍內(nèi)。而在傳統(tǒng)的熱壓印過程中，需要模板具有較高的機(jī)械強(qiáng)度，顯然彈性材料模板并不滿足此要求。硬質(zhì)模板一般是在金屬(Ni等)、硅、碳化硅、石英、藍(lán)寶石等襯底上通過紫外光刻、干涉光刻、電子束曝光、X射線光刻、聚焦離子束光刻等工藝獲得微納結(jié)構(gòu)。申請?zhí)枮镃N101806996A的專利文獻(xiàn)公開了一種用于納米壓印的硬模板的制備方法，首先在草酸電解液中，采用電化學(xué)法制備規(guī)整的陽極氧化鋁(AAO)模板;其次在AAO表面蒸鍍一層全氟辛基-三氯硅烷(CF3(CF2)5(CH2)2SiCl3)脫模劑;在硅或石英基底上旋涂一層紫外可固化或熱可固化光刻膠;利用紫外納米壓印或熱納米壓印技術(shù)將陽極氧化鋁模板的微納結(jié)構(gòu)復(fù)制到光刻膠表面;最后利用反應(yīng)離子束蝕刻(RIE)，方可在硅或石英基底上得到這種微納尺寸可調(diào)的用于納米壓印的硅或石英硬模板。然而，該類硬質(zhì)模板的制備工藝價(jià)格昂貴，以其作為壓印模板難以滿足工業(yè)生產(chǎn)對成本控制的要求。此外，可以結(jié)合電鑄工藝得到鎳等金屬壓印模板，申請?zhí)枮镃N 103579421A及CN103576446A的專利文獻(xiàn)對該種工藝有詳細(xì)記載，但該種工藝涉及到的電解液、電鍍參數(shù)繁雜難調(diào)，成本仍然相對較高。
[0004]因此尋求一種快速、低成本制備可重復(fù)使用的模板，且適用于各種壓印過程，如熱壓、紫外壓印等，對于拓展納米壓印的應(yīng)用領(lǐng)域尤為重要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種納米壓印模板制備方法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中操作繁瑣、成本昂貴等問題。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種納米壓印模板的制備方法，所述方法包括以下步驟:
[0007]提供具有微納米尺寸的三維圖形結(jié)構(gòu)的原始模板；
[0008]在基底上涂覆溶膠作為襯底；
[0009]利用所述原始模板通過壓印技術(shù)在所述襯底上壓印出所述微納米尺寸的三維圖形結(jié)構(gòu)的互補(bǔ)圖形并固化；
[0010]將得到的具有所述互補(bǔ)圖形的所述襯底作為模板在后續(xù)的納米壓印工藝中使用。
[0011]優(yōu)選地，所述微納米尺寸的三維圖形結(jié)構(gòu)為柱狀、錐狀、金字塔狀、凹坑狀、倒錐狀、倒金字塔狀、光柵狀、棱鏡狀結(jié)構(gòu)、或者基于以上形狀衍生的有序或隨機(jī)結(jié)構(gòu)。
[0012]優(yōu)選地，所述基底為玻璃、石英、硅、藍(lán)寶石中的一種；或者為金屬或金屬合金，其包括Al、Fe、T1、W中的一種或多種;或者為聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、乙烯-四氟乙烯共聚物、四氟乙烯-全氟烷氧基乙烯基醚共聚物、聚氨酯、聚氯乙烯、聚酰亞胺、聚二甲基硅氧烷中的一種;或者為聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、乙烯-四氟乙烯共聚物、四氟乙烯-全氟烷氧基乙烯基醚共聚物、聚氨酯、聚氯乙烯、聚酰亞胺、聚二甲基硅氧烷中的一種或多種與Si02、Ti02、Al203、SiNx、SiC中的一種或多種的復(fù)合物。
[0013]優(yōu)選地，所述溶膠為氧化物溶膠、氮化物溶膠、碳化物溶膠、硼化物溶膠中的一種或多種的復(fù)合體。
[0014]進(jìn)一步優(yōu)選地，所述溶膠為類金剛石溶膠、二氧化鈦溶膠、氧化硅溶膠、氧化鋁溶膠、氧化鐵溶膠、氧化銦溶膠、氧化鋅溶膠、氧化物溶膠、氮化硅溶膠、氮化硼溶膠、氮化鈦溶膠、碳化硅溶膠、碳化鈦溶膠、碳化鋯溶膠、硼化鈦溶膠、硼化鋯溶膠、硼化鉭溶膠中的一種；或?yàn)殁C酸鉍復(fù)合溶膠、FTO復(fù)合溶膠、ITO復(fù)合溶膠、塞隆復(fù)合溶膠、ZrB2-SiC復(fù)合溶膠、TiB2-Al2O3復(fù)合溶膠、TiC-SiC復(fù)合溶膠、BN-TiN復(fù)合溶膠中的一種。
[0015]優(yōu)選地，所述壓印技術(shù)為熱壓印技術(shù)或紫外壓印技術(shù)。
[0016]優(yōu)選地，所述壓印技術(shù)中施加壓力壓印的方式為平板式壓印、輥對板壓印或輥對棍壓印O
[0017]優(yōu)選地，所述壓印技術(shù)為熱壓印技術(shù)時(shí)，將所述溶膠旋涂在所述基底上作為襯底；然后將所述原始模板置于所述溶膠上方并施加壓力壓?。患訜岵⒈３质顾鋈苣z的溶劑揮發(fā)并形成凝膠，冷卻后揭下所述原始模板;隨后通過熱處理驅(qū)走所述凝膠中有機(jī)物實(shí)現(xiàn)固化。
[0018]在上述方案中，優(yōu)選地，將所述溶膠旋涂在所述基底上的旋涂速度為每分鐘500-5000轉(zhuǎn);施加的壓力大小為0.1-1.0MPa;加熱溫度為150-250°C，加熱保持時(shí)間為10-150分鐘;冷卻所達(dá)溫度為20-80°C ;熱處理溫度為200-1500°C，熱處理時(shí)間為1-3小時(shí)。
[0019]優(yōu)選地，所述壓印技術(shù)為紫外壓印技術(shù)時(shí)，采用對紫外光敏感的溶膠旋涂在所述基底上作為襯底;然后將所述原始模板置于所述溶膠上方并施加壓力壓?。煌ㄟ^紫外光輻照使所述溶膠固化后揭下所述原始模板。
[0020]在上述方案中，優(yōu)選地，將所述溶膠旋涂在所述基底上的旋涂速度為每分鐘500-5000轉(zhuǎn);施加的壓力大小為0.1-1.0MPa;紫外光輻照功率為1-lOOmW/cm2，輻照時(shí)間為1-600秒。
[0021]優(yōu)選地，所述方法還包括，在利用所述原始模板通過壓印技術(shù)在所述襯底上壓印出所述微納米尺寸的三維圖形結(jié)構(gòu)的互補(bǔ)圖形并固化之后，對具有所述三維圖形結(jié)構(gòu)的所述襯底表面進(jìn)行修飾處理。
[0022]優(yōu)選地，所述修飾處理包括:氧等離子處理、原子層沉積致密層材料或單分子層沉積親水或疏水膜。
[0023]優(yōu)選地，所述后續(xù)的納米壓印工藝為熱固化、熱壓印、紫外壓印或微接觸壓印。
[0024]優(yōu)選地，所述后續(xù)的納米壓印工藝中施加壓力壓印的方式為平板式壓印、輥對板壓印或輥對輥壓印。
[0025]為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明還提供一種利用上述納米壓印模板制備方法得到的納米壓印模板，包括由所述溶膠壓印固化后得到的所述微納米尺寸的三維圖形結(jié)構(gòu)的互補(bǔ)圖形。
[0026]為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明還提供一種利用上述納米壓印模板作為掩膜版的刻蝕方法，包括如下步驟:
[0027]提供具有微納米尺寸的三維圖形結(jié)構(gòu)的原始模板；
[0028]在基底上涂覆溶膠；
[0029]將所述原始模板置于所述溶膠上方施加壓力壓印，并加熱固化或通過紫外光輻照固化，然后移去所述原始模板，在所述基底表面形成所述微納米尺寸的三維圖形結(jié)構(gòu)的互補(bǔ)圖形；
[0030]對表面形成有所述互補(bǔ)圖形的基底進(jìn)行刻蝕處理，得到具有三維圖形結(jié)構(gòu)的基底。
[0031]優(yōu)選地，所述溶膠為氧化物溶膠、氮化物溶膠、碳化物溶膠、硼化物溶膠中的一種或多種的復(fù)合體。
[0032]進(jìn)一步優(yōu)選地，所述溶膠為類金剛石溶膠、二氧化鈦溶膠、氧化硅溶膠、氧化鋁溶膠、氧化鐵溶膠、氧化銦溶膠、氧化鋅溶膠、氧化物溶膠、氮化硅溶膠、氮化硼溶膠、氮化鈦溶膠、碳化硅溶膠、碳化鈦溶膠、碳化鋯溶膠、硼化鈦溶膠、硼化鋯溶膠、硼化鉭溶膠中的一種；或?yàn)殁C酸鉍復(fù)合溶膠、FTO復(fù)合溶膠、ITO復(fù)合溶膠、塞隆復(fù)合溶膠、ZrB2-SiC復(fù)合溶膠、TiB2-Al2O3復(fù)合溶膠、TiC-SiC復(fù)合溶膠、BN-TiN復(fù)合溶膠中的一種。
[0033]優(yōu)選地，所述壓印的壓力范圍是0.l-30MPa，加熱溫度范圍是60-300°C，紫外光輻照功率為l-100mW/cm2，輻照時(shí)間為1-600秒。
[0034]如上所述，本發(fā)明的納米壓印模板制備方法，具有以下有益效果:
[0035]1、本發(fā)明的納米壓印模板制備方法可重復(fù)性高，可快速、大規(guī)模、低成本制備無機(jī)物模板且可用于紫外壓印、熱壓印等過程。
[0036]2、本發(fā)明的納米壓印模板制備方法所制得的模板有較高的機(jī)械強(qiáng)度、可重復(fù)多次使用，重復(fù)利用性高。
[0037]3、本發(fā)明方法所制得的模板在后續(xù)壓印過程中保形性好，熱壓或紫外壓印多次后的圖案尺寸幾乎保持一致，且經(jīng)多次壓印后結(jié)構(gòu)損失不大。
[0038]4、本發(fā)明方法所制得的模板是無機(jī)材料，與光刻膠相比，相對硅、藍(lán)寶石等襯底具有更高的刻蝕選擇比，將其作為掩膜版使用經(jīng)過刻蝕后能得到更高縱深比的基底材料，能有效避免光刻膠作為掩膜版帶來的刻蝕之后結(jié)構(gòu)較淺的困境。
【附圖說明】
[0039]圖1顯示為本發(fā)明提供的一種納米壓印模板的制備方法示意圖。
[0040]圖2a_2e顯示為本發(fā)明提供的一種納米壓印模板的具體制備流程示意圖。
[0041]圖3顯示為本發(fā)明提供的利用本發(fā)明納米壓印模板作為掩膜版的刻蝕方法的示意圖。
[0042]圖4顯示為本發(fā)明實(shí)施例一中PDMS模板的表面形貌SEM圖。
[0043]圖5顯示為本發(fā)明實(shí)施例一中制得的T12凝膠樣品的表面形貌SEM圖。
[0044]圖6顯示為本發(fā)明實(shí)施例一中制得的T12模板的表面形貌SEM圖。
[0045]圖7a、7b、7c顯示分別為本發(fā)明實(shí)施例一中采用制得的T12模板平板熱壓一次、五次、十次后得到的ETFE薄膜的表面形貌SEM圖。
[0046]圖8顯示為本發(fā)明實(shí)施例一中制得的T12模板經(jīng)過十次熱壓之后的表面形貌SEM圖。
[0047]圖9顯示為本發(fā)明實(shí)施例二中制得的紫外壓印膠固化后的表面形貌SEM圖。
[0048]圖10顯示為本發(fā)明實(shí)施例一中制得的T12模板經(jīng)過十次紫外壓印后的表面形貌SEM 圖。
[0049]圖11顯示為本發(fā)明實(shí)施例六中制得的圖案化藍(lán)寶石襯底的截面SEM圖。
【具體實(shí)施方式】
[0050]以下通過特定的具體實(shí)例說明本發(fā)明的實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)與功效。本發(fā)明還可以通過另外不同的【具體實(shí)施方式】加以實(shí)施或應(yīng)用，本說明書中的各項(xiàng)細(xì)節(jié)也可以基于不同觀點(diǎn)與應(yīng)用，在沒有背離本發(fā)明的精神下進(jìn)行各種修飾或改變。需說明的是，在不沖突的情況下，以下實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互組合。
[0051]需要說明的是，以下實(shí)施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本發(fā)明的基本構(gòu)想，遂圖式中僅顯示與本發(fā)明中有關(guān)的組件而非按照實(shí)際實(shí)施時(shí)的組件數(shù)目、形狀及尺寸繪制，其實(shí)際實(shí)施時(shí)各組件的型態(tài)、數(shù)量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態(tài)也可能更為復(fù)雜。
[0052]請參閱圖1，本發(fā)明提供一種納米壓印模板的制備方法，所述方法包括以下步驟:
[0053]Sll提供具有微納米尺寸的三維圖形結(jié)構(gòu)的原始模板；
[0054]SI 2在基底上涂覆溶膠作為襯底；
[0055]S13利用所述原始模板通過壓印技術(shù)在所述襯底上壓印出所述微納米尺寸的三維圖形結(jié)構(gòu)的互補(bǔ)圖形并固化；
[0056]S14將得到的具有所述互補(bǔ)圖形的所述襯底作為模板在后續(xù)的納米壓印工藝中使用。
[0057 ] 具體地制備流程，請參閱圖2a_圖2e。
[0058]首先如圖2a所示，步驟Sll提供的原始模板101具有微納米尺寸的三維圖形結(jié)構(gòu)，所述的微納米尺寸的三維圖形結(jié)構(gòu)可以為柱狀、錐狀、金字塔狀、凹坑狀、倒錐狀、倒金字塔狀、光柵狀、棱鏡狀結(jié)構(gòu)、或者基于以上形狀衍生的有序或隨機(jī)結(jié)構(gòu)，圖中僅為其中一種典型結(jié)構(gòu)的示意。對于原始模板101的材質(zhì)沒有特殊限制，可以是硅、石英、藍(lán)寶石，也可以是鎳、銅、鉻等金屬或聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚酰亞胺(PI)、聚四氟乙烯(PTFE)、乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)、氟化乙烯丙烯共聚物(FEP)等聚合物材料。
[0059]步驟S12如圖2b所示，在基底201上涂覆溶膠202。所用的基底201可以是無機(jī)基底，如金屬片、玻璃、石英、硅、藍(lán)寶石等，或有機(jī)基底如透明聚合物材料以及透明聚合物材料與透明無機(jī)材料的復(fù)合物，優(yōu)選地，可以是玻璃、石英、硅、藍(lán)寶石中的一種；或者為金屬或金屬合金，其包括Al、Fe、T1、W中的一種或多種;或者為聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚碳酸酯(PC)、乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)、四氟乙烯-全氟烷氧基乙烯基醚共聚物(PFA)、聚氨酯(PU)、聚氯乙烯(PVC)、聚酰亞胺(PI)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)中的一種，或者為聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚碳酸酯(PC)、乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)、四氟乙烯-全氟烷氧基乙烯基醚共聚物(PFA)、聚氨酯(PU)、聚氯乙烯(PVC)、聚酰亞胺(PI)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)中的一種或多種與Si02、Ti02、Al203、SiNx、SiC中的一種或多種的復(fù)合物。所用的溶膠202為氧化物溶膠、氮化物溶膠、碳化物溶膠、硼化物溶膠中的一種或多種的復(fù)合體，優(yōu)選地，可以是類金剛石溶膠、二氧化鈦(T12)溶膠、氧化硅(S12)溶膠、氧化鋁(Al2O3)溶膠、氧化鐵(Fe2O3)溶膠、氧化銦(In2O3)溶膠、氧化鋅(ZnO)溶膠、氧化物(WO3)溶膠、氮化硅(Si3N4)溶膠、氮化硼(BN)溶膠、氮化鈦(TiN)溶膠、碳化硅(SiC)溶膠、碳化鈦(TiC)溶膠、碳化鋯(ZrC)溶膠、硼化鈦(TiB2)溶膠、硼化鋯(ZrB2)溶膠、硼化鉭(TaB2)溶膠中的一種，或?yàn)殁C酸鉍(BiVO4)復(fù)合溶膠、FTO(F = SnO2)復(fù)合溶膠、IT0(In: SnO2)復(fù)合溶膠、塞隆(SiAlON)復(fù)合溶膠、ZrB2-SiC復(fù)合溶膠、TiB2-Al2O3復(fù)合溶膠、TiC-SiC復(fù)合溶膠、BN-TiN復(fù)合溶膠中的一種。優(yōu)選地，可以通過旋涂的方式以一定旋涂速度將溶膠202涂覆在基底201上，旋涂速度可以為每分鐘500-5000轉(zhuǎn)。
[0060]步驟S13請參閱2c_2e。其中所述的壓印技術(shù)優(yōu)選為熱壓印技術(shù)或紫外壓印技術(shù)。
[0061]所述壓印技術(shù)為熱壓印技術(shù)時(shí)，將所述溶膠202旋涂在所述基底201上作為襯底后，將所述原始模板101置于所述溶膠202上方并施加壓力壓?。患訜岵⒈３质顾鋈苣z202的溶劑揮發(fā)并形成凝膠，冷卻后揭下所述原始模板101;隨后通過熱處理驅(qū)走所述凝膠中有機(jī)物實(shí)現(xiàn)固化。優(yōu)選地，施加的壓力大小為0.1-1.0MPa;加熱溫度為150-250 °C，加熱保持時(shí)間為10-150分鐘;冷卻所達(dá)溫度為20-80 °C;熱處理溫度為200-1500 °C，熱處理時(shí)間為1-3小時(shí)。
[0062]所述壓印技術(shù)為紫外壓印技術(shù)時(shí)，采用對紫外光敏感的溶膠202旋涂在所述基底201上作為襯底;例如在Ti02、Zn0等溶膠配置過程中采用鈦酸酯、鋅酸酯等與3-丁烯酸反應(yīng)得到鈦(鋅)酸四-3-丁烯酸酯和乙醇，再在其中加入適量的丙烯酸異丁酯作為反應(yīng)性稀釋劑、乙二醇二乙烯基醚和環(huán)己基乙烯基醚等作為交聯(lián)劑、三氟乙基乙烯基醚和十七癸(氟)丙烯酸酯等含氟單體作為光引發(fā)劑，得到紫外光敏感的溶膠。原則上用上述類似方法制備得到的溶膠即含有光引發(fā)劑等的溶膠，均是紫外光敏感溶膠，不僅限于舉例的Ti02、Zn0兩種。然后將所述原始模板101置于所述溶膠202上方并施加壓力壓?。煌ㄟ^紫外光輻照使所述溶膠202固化后揭下所述原始模板101。優(yōu)選地，施加的壓力大小為0.1-1.0MPa;紫外光輻照功率為l-100mW/cm2，輻照時(shí)間為1-600秒。
[0063]此外，所述壓印技術(shù)中施加壓力壓印的方式可以為平板式壓印、輥對板壓印或輥對棍壓印O
[0064]作為本發(fā)明的優(yōu)選方案之一，所述納米壓印模板的制備方法還包括，在利用所述原始模板通過壓印技術(shù)在所述襯底上壓印出所述微納米尺寸的三維圖形結(jié)構(gòu)的互補(bǔ)圖形并固化之后，對具有所述互補(bǔ)圖形的所述襯底表面進(jìn)行修飾處理。優(yōu)選地，所述修飾處理包括:在所述襯底表面進(jìn)行氧等離子處理、在所述襯底表面進(jìn)行原子層沉積致密層材料或單分子層沉積親水或疏水膜。
[0065]另外，在步驟S14中，所述后續(xù)的納米壓印工藝優(yōu)選為熱固化、熱壓印、紫外壓印或微接觸壓印。其中，熱固化壓印是指將液態(tài)聚合物注于模板之上采用加熱或自然固化方式固化成型，熱壓印是指將模板置于基底上，可以為高分子薄膜、無機(jī)物溶膠薄膜等，升高溫度固化壓印成型。優(yōu)選地，所述后續(xù)的納米壓印工藝中施加壓力壓印的方式為平板式壓印、輥對板壓印或輥對輥壓印。
[0066]例如，將本發(fā)明方法制備的納米壓印模板用于紫外壓印工藝時(shí)，可以在所需基底上涂覆紫外固化膠，用本發(fā)明方法所得的納米壓印模板對固化膠進(jìn)行壓印，待紫外光照射并固化后將模板與基底分離，即得所需結(jié)構(gòu);將本發(fā)明方法制備的納米壓印模板用于熱固化工藝時(shí)，利用澆注成型或射出成型技術(shù)將液態(tài)聚合物澆注或注射到本發(fā)明方法所得的納米壓印模板上，利用加熱或自然固化方式待其固化后再將所述納米壓印模板與聚合物分離，即得所需結(jié)構(gòu);將本發(fā)明方法制備的納米壓印模板用于熱壓印工藝時(shí)，如采用平板式壓印的熱壓印工藝，用本發(fā)明方法所得的納米壓印模板與所需基底接觸，在一定的壓力下，升高溫度，在一定時(shí)間內(nèi)壓印出具有微觀特征結(jié)構(gòu)的基底;將本發(fā)明方法制備的納米壓印模板用于微接觸壓印工藝時(shí)，使“油墨”分子鋪展在納米壓印模板表面，隨后壓印模板接觸基材，然后轉(zhuǎn)印“油墨”分子至基材表面，在理論上形成自裝配單分子層。另外，施壓方式為輥對板或輥對輥時(shí)，使用本發(fā)明方法所得的納米壓印模板與所需基底接觸，可在一定的壓力、輥速、溫度、脫模角度等條件下壓印出具有微觀特征結(jié)構(gòu)的薄膜。
[0067]本發(fā)明還提供一種利用上述納米壓印模板制備方法得到的納米壓印模板，包括由所述溶膠壓印固化后得到的所述微納米尺寸的三維圖形結(jié)構(gòu)的互補(bǔ)圖形。
[0068]此外，請參閱圖3，本發(fā)明還提供一種利用上述納米壓印模板的刻蝕方法，包括如下步驟:
[0069]S31提供具有微納米尺寸的三維圖形結(jié)構(gòu)的原始模板；
[0070]S32在基底上涂覆溶膠；
[0071]S33將所述原始模板置于所述溶膠上方施加壓力壓印，并加熱固化或通過紫外光輻照固化，然后移去所述原始模板，在所述基底表面形成所述微納米尺寸的三維圖形結(jié)構(gòu)的互補(bǔ)圖形；
[0072]S34對表面形成有所述互補(bǔ)圖形的基底進(jìn)行刻蝕處理，得到具有三維圖形結(jié)構(gòu)的基底。
[0073]其中，步驟S31與步驟S32與前述方法的步驟Sll與步驟S12基本一致，所述的微納米尺寸的三維圖形結(jié)構(gòu)可以為柱狀、錐狀、金字塔狀、凹坑狀、倒錐狀、倒金字塔狀、光柵狀、棱鏡狀結(jié)構(gòu)、或者基于以上形狀衍生的有序或隨機(jī)結(jié)構(gòu)。對于原始模板的材質(zhì)沒有特殊限制，可以是硅、石英、藍(lán)寶石，也可以是鎳、銅、鉻等金屬或聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚酰亞胺(PD、聚四氟乙烯(PTFE)、乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)、氟化乙烯丙烯共聚物(FEP)等聚合物材料。所用的溶膠為氧化物溶膠、氮化物溶膠、碳化物溶膠、硼化物溶膠中的一種或多種的復(fù)合體，優(yōu)選地，可以是類金剛石溶膠、二氧化鈦(T12)溶膠、氧化硅(S12)溶膠、氧化鋁(Al2O3)溶膠、氧化鐵(Fe2O3)溶膠、氧化銦(In2O3)溶膠、氧化鋅(ZnO)溶膠、氧化物(WO3)溶膠、氮化硅(Si3N4)溶膠、氮化硼(BN)溶膠、氮化鈦(TiN)溶膠、碳化硅(SiC)溶膠、碳化鈦(TiC)溶膠、碳化鋯(ZrC)溶膠、硼化鈦(TiB2)溶膠、硼化鋯(ZrB2)溶膠、硼化鉭(TaB2)溶膠中的一種，或?yàn)殁C酸鉍(BiVO4)復(fù)合溶膠、FTO(F=SnO2)復(fù)合溶膠、IT0(In: SnO2)復(fù)合溶膠、塞隆(SiAlON)復(fù)合溶膠、ZrB2-SiC復(fù)合溶膠、TiB2-Al2O3復(fù)合溶膠、TiC-SiC復(fù)合溶膠、BN-TiN復(fù)合溶膠中的一種。優(yōu)選地，可以通過旋涂的方式以一定旋涂速度將溶膠涂覆在基底上，旋涂速度可以為每分鐘500-5000轉(zhuǎn)。所述基底根據(jù)實(shí)際刻蝕需求選取，包括但不限于硅、氧化娃、氮化娃、石英、玻璃、藍(lán)寶石、金屬氧化物、單質(zhì)金屬及其合金等。
[0074]步驟S33中，優(yōu)選地，所述壓印的壓力范圍是0.l-30MPa，加熱溫度范圍是60-300°C，紫外光輻照功率為1-lOOmW/cm2，輻照時(shí)間為1-600秒。
[0075]步驟S34中，所述的刻蝕處理可以是干法刻蝕，如氧等離子體刻蝕、反應(yīng)離子刻蝕、感應(yīng)耦合等離子體刻蝕、粒子束刻蝕及濕法刻蝕等。
[0076]實(shí)施例一
[0077]本實(shí)施例利用本發(fā)明的納米壓印模板制備方法，制備T12模板，并將該模板用于平板熱壓制備周期性圖案化ETFE薄膜，其過程如下:
[0078]1、提供具有微米凹坑結(jié)構(gòu)的TOMS模板作為原始模板，其中所述微米凹坑結(jié)構(gòu)為多個(gè)相同形狀的凹坑周期性有序排列構(gòu)成，每個(gè)凹坑深度為2.45μπ?，直徑為2.4μπ?，周期為3μm，即每個(gè)凹坑的中心到與其相鄰的凹坑的中心之間相距3μπι。利用掃描電子顯微鏡(SEM)觀察該P(yáng)DMS模板的表面形貌，所得的SEM圖如圖4所示。
[0079]2、將T12溶膠旋涂于潔凈的玻璃基底上作為襯底，T12溶膠厚度為5μπι，旋涂速度為每分鐘1000轉(zhuǎn)，旋涂速度主要影響溶膠厚度，對壓印結(jié)構(gòu)的完整性及殘膠厚度有影響，可根據(jù)實(shí)際壓印結(jié)構(gòu)的需要進(jìn)行調(diào)整。
[0080]3、將預(yù)先加工好的具有微米凹坑結(jié)構(gòu)的PDMS模板，即原始模板，覆蓋在涂覆有T12溶膠的襯底上，施加0.25MPa的均勻壓力，并加熱至250°C，保持2小時(shí)，使T12溶膠的溶劑揮發(fā)并形成T12凝膠。
[0081]4、冷卻后將PDMS模板與襯底分離，即在玻璃基底上形成與所述微米凹坑結(jié)構(gòu)互補(bǔ)的微米級別的柱狀結(jié)構(gòu)，其高度為2.16μπι。反應(yīng)該樣品表面形貌的SEM圖如圖5所示，可見得到的T12凝膠樣品相對于TOMS模板在各個(gè)維度上有約10%的尺寸損失。主要原因在于T12溶膠在交聯(lián)固化過程中溶劑揮發(fā)使顆粒之間更為密實(shí)，因而會有一定結(jié)構(gòu)萎縮。
[0082]5、將所得T12凝膠樣品在空氣氣氛下退火，退火條件為2°C/min的速度升溫至450°C保持2小時(shí)，通過熱處理可驅(qū)走1102凝膠中的有機(jī)物實(shí)現(xiàn)固化，冷卻后得到T12模板，此時(shí)所得的T12模板的SEM圖如圖6所示，可見在經(jīng)過熱處理之后所得的T12模板在周期保持不變的情況下，尺寸進(jìn)一步萎縮。主要原因仍在于熱處理過程中溶劑揮發(fā)，結(jié)構(gòu)更為緊密堅(jiān)實(shí)，雖然有一定尺寸損失，但極大提高了模板的機(jī)械強(qiáng)度，使得在后續(xù)的熱壓及紫外壓過程中保持良好的可重復(fù)利用性。利用此特點(diǎn)，還可以得到比母模板結(jié)構(gòu)更小的快速模板，減輕更小尺寸模板的加工難度。
[0083]6、將上述制得的T12模板繼續(xù)進(jìn)行表面修飾處理。氧氣等離子體機(jī)采用的功率為50W，氣體流量是0.5L/min，刻蝕時(shí)間為60秒。然后采用單分子沉積得出疏水表面適于后面與材料的分離。具體過程為將上訴氧等離子處理之后的T12模板置于密閉腔室中，在腔室中注入2yL三氯全氟正辛基硅烷，升溫至100°C并保持10分鐘。即在模板表面形成一層自組裝的單分子氟硅烷，能利于后續(xù)模板與樣品的剝離。
[0084]將上述制得的T12模板作為壓印模板用于采用平板式壓印的熱壓印工藝制備周期性圖案化ETFE薄膜，方法如下:
[0085]首先將潔凈的ETFE薄膜放置在平板熱壓機(jī)的平臺上，將T12模板有圖案一面朝下置于ETFE薄膜上，然后加熱至170°C，在其兩端施加0.4MPa的壓強(qiáng)，保持25分鐘，待降為室溫后，將T12模板與ETFE薄膜分離，即得到周期性圖案化ETFE薄膜。
[0086]利用該方法多次使用同一塊T12模板制備周期性圖案化ETFE薄膜，得到的ETFE薄膜圖案尺寸幾乎保持一致。圖7a、圖7b和圖7c分別為采用T12模板平板熱壓一次、五次、十次后得到的ETFE薄膜SEM圖。圖中可以看到，經(jīng)過一次，五次，十次后得到的ETFE薄膜的結(jié)構(gòu)尺寸基本無變化。模板的結(jié)構(gòu)使得壓印得到結(jié)構(gòu)的孔徑與深度密切相關(guān)，雖然無法測試壓印凹坑的深度，但其壓印ETFE凹坑的外徑與T12模板底部直徑相差不大，證明凹坑深度與T12模板上的柱狀結(jié)構(gòu)的高度亦相差不大。圖8為T12模板經(jīng)過十次熱壓之后的SEM圖，可見經(jīng)多次熱壓印后模板結(jié)構(gòu)損失不大，保形性較好。
[0087]實(shí)施例二
[0088]本實(shí)施例將實(shí)施例一制備的T12模板用于紫外壓印制備周期性圖案化光刻膠結(jié)構(gòu)，其制備過程如下:
[0089]紫外壓印膠涂覆于潔凈的石英玻璃基底上，紫外壓印膠厚度為5μπι。
[0090]將實(shí)施例一制備的T12模板置于紫外壓印腔中，再將石英玻璃基底上涂覆有紫外壓印膠的一面朝下置于所述T12模板之上，施加0.25MPa的均勻壓力，并用紫外光輻照，輻照功率為100mff/cm2，輻照時(shí)間500秒。
[0091]待紫外壓印膠固化后，將T12模板與紫外壓印膠分離，即在石英玻璃基底上形成微米級別的凹坑結(jié)構(gòu)，凹坑深度1.370μπι，直徑1.535ym，周期3μπι，所得結(jié)構(gòu)的SEM圖，如圖9所示。利用該方法多次使用T12模板得到的圖案尺寸幾乎無明顯變化。需要說明的是利用本發(fā)明方法制備的模板若為可吸收紫外光的無機(jī)物模板則在紫外壓印時(shí)只能壓印在石英等透紫外光的基底上，而不吸收紫外光的透明無機(jī)物模板在紫外壓印時(shí)可以在任何平面基底上壓印。圖10為T12模板經(jīng)過十次紫外壓印之后的SEM圖，可見經(jīng)多次紫外壓印后模板結(jié)構(gòu)損失不大，保形性較好。
[0092]實(shí)施例三
[0093]本實(shí)施例利用本發(fā)明的納米壓印模板制備方法，制備ZnO模板，并用于平板熱壓制備周期性圖案化ETFE薄膜，其制備過程如下:
[0094]1、提供具有微米凹坑結(jié)構(gòu)的TOMS模板作為原始模板，其中所述微米凹坑結(jié)構(gòu)為多個(gè)相同形狀的凹坑周期性有序排列構(gòu)成，每個(gè)凹坑深度為2.45μπ?，直徑為2.4μπ?，周期為3μm，即每個(gè)凹坑的中心到與其相鄰的凹坑的中心之間相距3μπι。利用掃描電子顯微鏡(SEM)觀察該P(yáng)DMS模板的表面形貌，所得的SEM圖如圖4所示
[0095]2、將ZnO溶膠旋涂于潔凈的玻璃基底上作為襯底，ZnO溶膠厚度為5μπι，旋涂速度為每分鐘500轉(zhuǎn)。
[0096]3、將預(yù)先加工好的具有微米凹坑結(jié)構(gòu)的PDMS模板，即原始模板，覆蓋在涂覆有ZnO溶膠的襯底上，施加0.4MPa的均勻壓力，并加熱至250°C，保持150分鐘，使ZnO溶膠的溶劑揮發(fā)并形成ZnO凝膠。
[0097]4、冷卻后將PDMS模板與襯底分離，即在玻璃基底上形成微米級別的柱狀結(jié)構(gòu)。
[0098]5、將上述所得ZnO凝膠樣品在空氣氛圍下采用2°C/min的速度升溫至450°C保持2小時(shí)，冷卻后得到ZnO模板。
[0099]將上述制得的ZnO模板作為壓印模板用于采用平板式壓印的熱壓印工藝制備周期性圖案化ETFE薄膜，方法如下:
[0100]將潔凈的ETFE薄膜放置在平板熱壓機(jī)的平臺上，將ZnO模板有圖案一面朝下置于ETFE薄膜上，然后加熱至170°C，在其兩端施加0.4MPa的壓力，保持25分鐘，待降為室溫后，將ZnO模板與ETFE薄膜分離，即得到周期性圖案化ETFE薄膜。利用該方法多次使用ZnO模板，得到圖案尺寸幾乎無明顯變化。
[0101]實(shí)施例四
[0102]本實(shí)施例將實(shí)施例三制備的ZnO模板用于紫外壓印制備周期性圖案化光刻膠結(jié)構(gòu)，其制備過程如下:
[0103]紫外壓印膠涂覆于潔凈的石英玻璃基底上，紫外壓印膠厚度為5μπι。
[0104]將實(shí)施例三制備的ZnO模板置于紫外壓印腔中，再將石英玻璃基底上涂覆有紫外壓印膠的一面朝下置于ZnO模板之上，施加0.25MPa的均勻壓力，并用紫外光輻照，輻照功率為I OOmff/cm2，福照時(shí)間500秒。
[0105]待紫外壓印膠固化后，將ZnO模板與紫外壓印膠分離，即在石英玻璃基底上形成微米級別的凹坑結(jié)構(gòu)，凹坑深度1.370μπι，直徑1.535μπι，周期3μπι。利用該方法多次使用ZnO模板得到的圖案尺寸幾乎無明顯變化。
[0106]實(shí)施例五
[0107]本實(shí)施例利用本發(fā)明的納米壓印模板制備方法，制備S12模板，并用于紫外壓印制備周期性圖案化光刻膠結(jié)構(gòu)，其制備過程如下:
[0108]1、提供具有微米凹坑結(jié)構(gòu)的TOMS模板作為原始模板，其中所述微米凹坑結(jié)構(gòu)為多個(gè)相同形狀的凹坑周期性有序排列構(gòu)成，每個(gè)凹坑深度為2.45μπ?，直徑為2.4μπ?，周期為3μm，即每個(gè)凹坑的中心到與其相鄰的凹坑的中心之間相距3μπι。
[0109]2、將S12溶膠旋涂于潔凈的玻璃基底上作為襯底，S12溶膠厚度為5μπι，旋涂速度為每分鐘1000轉(zhuǎn)。
[0110]3、將預(yù)先加工好的具有微米凹坑結(jié)構(gòu)的PDMS模板，即原始模板，覆蓋在涂覆有S12溶膠的襯底上，施加0.4MPa的均勻壓力，并加熱至250°C，保持120分鐘，使S12溶膠的溶劑揮發(fā)并形成S12凝膠。
[0111]4、冷卻后將PDMS模板與襯底分離，即在玻璃基底上形成微米級別的柱狀結(jié)構(gòu)。
[0112]5、將上述所得S12凝膠樣品在空氣氛圍下采用2°C/min的速度升溫至500°C保持3小時(shí)，冷卻后得到S12模板。
[0113]上述制得的S12模板作為壓印模板用于紫外壓印制備周期性圖案化光刻膠結(jié)構(gòu):
[0114]紫外壓印膠涂覆于潔凈的基底上，紫外壓印膠厚度為5μπι。
[0115]將涂覆有紫外壓印膠的基底置于紫外壓印腔中，再將制得的S12模板有結(jié)構(gòu)的一面朝下置于涂覆有紫外壓印膠的基底上，施加0.25MPa的均勻壓力，并用紫外光輻照，輻照功率為I OOmff/cm2，輻照時(shí)間800秒。
[0116]待紫外壓印膠固化后，將S12模板與紫外壓印膠分離，即在基底上形成微米級別的凹坑結(jié)構(gòu)，S12模板可以多次使用，得到的圖案尺寸幾乎無明顯變化。
[0117]實(shí)施例六
[0118]本實(shí)施例利用本發(fā)明方法制備ZnO凝膠模板，并作為掩膜板用于刻蝕制備圖案化藍(lán)寶石襯底，其制備過程如下:
[0119]1、提供具有納米柱結(jié)構(gòu)的PDMS模板作為原始模板，其中所述納米柱結(jié)構(gòu)為多個(gè)相同形狀的柱子周期性有序排列構(gòu)成，每個(gè)柱子高度為600nm，直徑為700nm，周期為Ιμπι，即每個(gè)柱子的中心到與其相鄰的柱子的中心之間相距Ιμπι。
[0120]2、將ZnO溶膠旋涂于潔凈的藍(lán)寶石基底上作為襯底，ZnO溶膠厚度為Ιμπι，旋涂速度為每分鐘3000轉(zhuǎn)。
[0121]3、用預(yù)先加工好的具有納米柱結(jié)構(gòu)的PDMS模板，即原始模板，覆蓋在步驟2中的涂覆有ZnO溶膠的襯底上，施加0.25MPa的均勻壓力，并加熱至250°C，保持2小時(shí)。
[0122]4、冷卻后將PDMS模板與襯底分離，即在藍(lán)寶石基底上形成納米坑狀結(jié)構(gòu)。
[0123]5、將帶有坑狀結(jié)構(gòu)的基底置于感應(yīng)耦合式反應(yīng)離子刻蝕腔內(nèi)進(jìn)行刻蝕20分鐘，壓力為2.0Pa，功率為1.6kW，電壓為250V，基底溫度保持在70 °C，刻蝕氣體為10 %的Ar，20 %的Cl2，80 % 的 BCl3，流速為 55sccm。
[0124]6、將上述刻蝕結(jié)束的樣品取出，即得到所需的圖案化藍(lán)寶石襯底。
[0125]該方法得到的圖案化藍(lán)寶石襯底的截面SEM圖，如圖11所示，刻蝕深度為572nm，而采用有機(jī)壓印膠作為掩膜版刻蝕得到結(jié)構(gòu)深度為247nm，明顯可見采用本發(fā)明掩膜板能刻蝕得到更高縱深比的基底。
[0126]實(shí)施例七
[0127]本實(shí)施例利用紫外壓印制備T12模板，并將該模板用于平板熱壓制備周期性圖案化ETFE薄膜，其過程如下:
[0128]1、提供具有微米凹坑結(jié)構(gòu)的TOMS模板作為原始模板，其中所述微米凹坑結(jié)構(gòu)為多個(gè)相同形狀的凹坑周期性有序排列構(gòu)成，每個(gè)凹坑深度為2.45μπ?，直徑為2.4μπ?，周期為3μm，即每個(gè)凹坑的中心到與其相鄰的凹坑的中心之間相距3μπι。
[0129]2、將鈦酸乙醇酯與甲基丙烯酸或3-丁烯酸以1:4摩爾比混合反應(yīng)得到甲基丙烯酸鈦酸鹽或鈦酸四-3-丁烯酸鹽和乙醇，減壓旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)除去全部或部分乙醇。后加入適量反應(yīng)性稀釋劑丙烯酸異丁酯以達(dá)到適于旋涂合適的黏度，及乙二醇二乙烯基醚和環(huán)己基乙烯基醚等作為交聯(lián)劑，然后加入2?丨％的三氟乙基乙烯基醚或十七癸(氟)丙烯酸酯等含氟單體作為光引發(fā)劑，混合均勻。通入氬氣3min以排除溶解氧，即得到紫外光敏感的T12溶膠。需要說明的是，本發(fā)明對如何獲得對紫外光敏感的溶膠的方法不作限制。
[0130]3、將上述對紫外光敏感的T12溶膠旋涂于潔凈的玻璃基底上作為襯底，T12溶膠厚度為5μπι，旋涂速度為每分鐘1000轉(zhuǎn)，旋涂速度旋涂速度主要影響溶膠厚度，對壓印結(jié)構(gòu)的完整性及殘膠厚度有影響，可根據(jù)實(shí)際壓印結(jié)構(gòu)的需要進(jìn)行調(diào)整。
[0131]4、將預(yù)先加工好的具有微米凹坑結(jié)構(gòu)的PDMS模板，即原始模板，覆蓋在涂覆有T12溶膠的襯底上，施加0.25MPa的均勻壓力，采用紫外燈照射(功率100mW/cm2)4min的使T12溶膠固化形成打02凝膠。
[0132]5、將PDMS模板與襯底分離，即在玻璃基底上形成與所述微米凹坑結(jié)構(gòu)互補(bǔ)的微米級別的柱狀結(jié)構(gòu)，T12溶膠在交聯(lián)固化過程中存在一定結(jié)構(gòu)萎縮。
[0133]6、將所得紫外光固化后的T12樣品在空氣氣氛下退火，退火條件為2°C/min的速度升溫至450°C保持2小時(shí)，通過熱處理可驅(qū)走T12中的有機(jī)物，冷卻后得到T12模板。
[0134]7、將上述制得的T12模板繼續(xù)進(jìn)行表面修飾處理。氧氣等離子體機(jī)采用的功率為50W，氣體流量是0.5L/min，刻蝕時(shí)間為60s。然后采用單分子沉積得出疏水表面適于后面與材料的分離。具體過程為將上訴氧等離子處理之后的T12模板置于密閉腔室中，在腔室中注入2yL三氯全氟正辛基硅烷，升溫至100°C并保持lOmin。即在模板表面形成一層自組裝的單分子氟硅烷，能利于后續(xù)模板與樣品的剝離。
[0135]將上述制得的T12模板作為壓印模板用于采用平板式壓印的熱壓印工藝制備周期性圖案化ETFE薄膜，方法如下:
[0136]首先將潔凈的ETFE薄膜放置在平板熱壓機(jī)的平臺上，將T12模板有圖案一面朝下置于ETFE薄膜上，然后加熱至170°C，在其兩端施加31.4MPa的壓強(qiáng)，保持25分鐘，待降為室溫后，將T12模板與ETFE薄膜分離，即得到周期性圖案化ETFE薄膜。
[0137]實(shí)施例八
[0138]本實(shí)施例利用本發(fā)明的納米壓印模板制備方法，制備SiC模板，并用于平板熱壓制備周期性圖案化ETFE薄膜，其制備過程如下:
[0139]1、提供具有微米凹坑結(jié)構(gòu)的TOMS模板作為原始模板，其中所述微米凹坑結(jié)構(gòu)為多個(gè)相同形狀的凹坑周期性有序排列構(gòu)成，每個(gè)凹坑深度為2.45μπ?，直徑為2.4μπ?，周期為3μm，即每個(gè)凹坑的中心到與其相鄰的凹坑的中心之間相距3μπι。
[0140]2、將SiC前驅(qū)物溶膠旋涂于潔凈的耐高溫陶瓷基底上作為襯底，SiC溶膠厚度為5μm，旋涂速度為每分鐘500轉(zhuǎn)。
[0141]3、將預(yù)先加工好的具有微米凹坑結(jié)構(gòu)的PDMS模板，即原始模板，覆蓋在涂覆有SiC前驅(qū)物溶膠的襯底上，施加1.0MPa的均勻壓力，并加熱至150 °C，保持150分鐘，使SiC前驅(qū)溶膠的溶劑揮發(fā)并形成SiC前驅(qū)物凝膠。
[0142]4、冷卻后將PDMS模板與襯底分離，即在玻璃基底上形成微米級別的柱狀結(jié)構(gòu)。
[0143]5、將上述所得SiC前驅(qū)物凝膠樣品在Ar氛圍下采用3°C/min的速度升溫至1500°C保持I小時(shí)，冷卻后得到SiC模板。
[0144]將上述制得的SiC模板作為壓印模板用于采用平板式壓印的熱壓印工藝制備周期性圖案化ETFE薄膜，方法如下:
[0145]將潔凈的ETFE薄膜放置在平板熱壓機(jī)的平臺上，將SiC模板有圖案一面朝下置于ETFE薄膜上，然后加熱至170°C，在其兩端施加0.4MPa的壓力，保持25分鐘，待降為室溫后，將SiC模板與ETFE薄膜分離，即得到周期性圖案化ETFE薄膜。利用該方法多次使用SiC模板，得到圖案尺寸幾乎無明顯變化。
[0146]綜上所述，本發(fā)明的納米壓印模板制備方法可重復(fù)性高，可快速、大規(guī)模、低成本制備無機(jī)物模板且可用于紫外壓印、熱壓印等過程;所制得的模板有較高的機(jī)械強(qiáng)度、可重復(fù)多次使用，重復(fù)利用性高;所制得的模板在后續(xù)壓印過程中保形性好，熱壓或紫外壓印多次后的圖案尺寸幾乎保持一致，且經(jīng)多次壓印后結(jié)構(gòu)損失不大。此外，本發(fā)明方法所制得的模板是無機(jī)材料，與光刻膠相比，相對硅、藍(lán)寶石等襯底具有更高的刻蝕選擇比，將其作為掩膜板使用經(jīng)過刻蝕后能得到更高縱深比的基底材料，能有效避免光刻膠作為掩膜版帶來的刻蝕之后結(jié)構(gòu)較淺的困境。所以，本發(fā)明有效克服了現(xiàn)有技術(shù)中的種種缺點(diǎn)而具高度產(chǎn)業(yè)利用價(jià)值。
[0147]上述實(shí)施例僅例示性說明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對上述實(shí)施例進(jìn)行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種納米壓印模板的制備方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟: 提供具有微納米尺寸的三維圖形結(jié)構(gòu)的原始模板； 在基底上涂覆溶膠作為襯底； 利用所述原始模板通過壓印技術(shù)在所述襯底上壓印出所述微納米尺寸的三維圖形結(jié)構(gòu)的互補(bǔ)圖形并固化； 將得到的具有所述互補(bǔ)圖形的所述襯底作為模板在后續(xù)的納米壓印工藝中使用。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米壓印模板的制備方法，其特征在于:所述微納米尺寸的三維圖形結(jié)構(gòu)為柱狀、錐狀、金字塔狀、凹坑狀、倒錐狀、倒金字塔狀、光柵狀、棱鏡狀結(jié)構(gòu)、或者基于以上形狀衍生的有序或隨機(jī)結(jié)構(gòu)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米壓印模板的制備方法，其特征在于:所述基底為玻璃、石英、硅、藍(lán)寶石中的一種;或者為金屬或金屬合金，包括Al、Fe、T1、W中的一種或多種;或者為聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、乙烯-四氟乙烯共聚物、四氟乙烯-全氟烷氧基乙烯基醚共聚物、聚氨酯、聚氯乙烯、聚酰亞胺、聚二甲基硅氧烷中的一種;或者為聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、乙烯-四氟乙烯共聚物、四氟乙烯-全氟烷氧基乙烯基醚共聚物、聚氨酯、聚氯乙烯、聚酰亞胺、聚二甲基硅氧烷中的一種或多種與Si02、Ti02、Al203、SiNx、SiC中的一種或多種的復(fù)合物。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米壓印模板的制備方法，其特征在于:所述溶膠為氧化物溶膠、氮化物溶膠、碳化物溶膠、硼化物溶膠中的一種或多種的復(fù)合體。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米壓印模板的制備方法，其特征在于:所述溶膠為類金剛石溶膠、二氧化鈦溶膠、氧化硅溶膠、氧化鋁溶膠、氧化鐵溶膠、氧化銦溶膠、氧化鋅溶膠、氧化物溶膠、氮化硅溶膠、氮化硼溶膠、氮化鈦溶膠、碳化硅溶膠、碳化鈦溶膠、碳化鋯溶膠、硼化鈦溶膠、硼化鋯溶膠、硼化鉭溶膠中的一種;或?yàn)殁C酸鉍復(fù)合溶膠、FTO復(fù)合溶膠、ITO復(fù)合溶膠、塞隆復(fù)合溶膠、ZrB2-SiC復(fù)合溶膠、TiB2-Al2O3復(fù)合溶膠、TiC-SiC復(fù)合溶膠、BN-TiN復(fù)合溶膠中的一種。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米壓印模板的制備方法，其特征在于:所述壓印技術(shù)為熱壓印技術(shù)或紫外壓印技術(shù)。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米壓印模板的制備方法，其特征在于:所述壓印技術(shù)中施加壓力壓印的方式為平板式壓印、輥對板壓印或輥對輥壓印。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米壓印模板的制備方法，其特征在于:所述壓印技術(shù)為熱壓印技術(shù)時(shí)，將所述溶膠旋涂在所述基底上作為襯底;然后將所述原始模板置于所述溶膠上方并施加壓力壓印；加熱并保持使所述溶膠的溶劑揮發(fā)并形成凝膠，冷卻后揭下所述原始模板;隨后通過熱處理驅(qū)走所述凝膠中有機(jī)物實(shí)現(xiàn)固化。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的納米壓印模板的制備方法，其特征在于:將所述溶膠旋涂在所述基底上的旋涂速度為每分鐘500-5000轉(zhuǎn)；施加的壓力大小為0.1-1.0MPa;加熱溫度為150-250 °C，加熱保持時(shí)間為10-150分鐘;冷卻所達(dá)溫度為20-80 °C;熱處理溫度為200-1500°C，熱處理時(shí)間為1-3小時(shí)。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米壓印模板的制備方法，其特征在于:所述壓印技術(shù)為紫外壓印技術(shù)時(shí)，采用對紫外光敏感的溶膠旋涂在所述基底上作為襯底;然后將所述原始模板置于所述溶膠上方并施加壓力壓印;通過紫外光輻照使所述溶膠固化后揭下所述原始模板。11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的納米壓印模板的制備方法，其特征在于:將所述溶膠旋涂在所述基底上的旋涂速度為每分鐘500-5000轉(zhuǎn);施加的壓力大小為0.1-1.0MPa;紫外光輻照功率為l-100mW/cm2，輻照時(shí)間為1-600秒。12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米壓印模板的制備方法，其特征在于:還包括，在利用所述原始模板通過壓印技術(shù)在所述襯底上壓印出所述微納米尺寸的三維圖形結(jié)構(gòu)的互補(bǔ)圖形并固化之后，對具有所述互補(bǔ)圖形的所述襯底表面進(jìn)行修飾處理。13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的納米壓印模板的制備方法，其特征在于:所述修飾處理包括:氧等離子處理、原子層沉積致密層材料或單分子層沉積親水或疏水膜。14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米壓印模板的制備方法，其特征在于:所述后續(xù)的納米壓印工藝為熱固化、熱壓印、紫外壓印或微接觸壓印。15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米壓印模板的制備方法，其特征在于:所述后續(xù)的納米壓印工藝中施加壓力壓印的方式為平板式壓印、輥對板壓印或輥對輥壓印。16.—種納米壓印模板，其特征在于:所述納米壓印模板利用權(quán)利要求1-15中任一項(xiàng)所述的納米壓印模板的制備方法得到，包括由所述溶膠壓印固化后得到的所述微納米尺寸的三維圖形結(jié)構(gòu)的互補(bǔ)圖形。17.一種刻蝕方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟: 提供具有微納米尺寸的三維圖形結(jié)構(gòu)的原始模板； 在基底上涂覆溶膠； 將所述原始模板置于所述溶膠上方施加壓力壓印，并加熱固化或通過紫外光輻照固化，然后移去所述原始模板，在所述基底表面形成所述微納米尺寸的三維圖形結(jié)構(gòu)的互補(bǔ)圖形； 對表面形成有所述互補(bǔ)圖形的基底進(jìn)行刻蝕處理，得到具有三維圖形結(jié)構(gòu)的基底。18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的刻蝕方法，其特征在于:所述溶膠為氧化物溶膠、氮化物溶膠、碳化物溶膠、硼化物溶膠中的一種或多種的復(fù)合體。19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的刻蝕方法，其特征在于:所述溶膠為類金剛石溶膠、二氧化鈦溶膠、氧化硅溶膠、氧化鋁溶膠、氧化鐵溶膠、氧化銦溶膠、氧化鋅溶膠、氧化物溶膠、氮化硅溶膠、氮化硼溶膠、氮化鈦溶膠、碳化硅溶膠、碳化鈦溶膠、碳化鋯溶膠、硼化鈦溶膠、硼化鋯溶膠、硼化鉭溶膠中的一種;或?yàn)殁C酸鉍復(fù)合溶膠、FTO復(fù)合溶膠、ITO復(fù)合溶膠、塞隆復(fù)合溶膠、ZrB2-SiC復(fù)合溶膠、TiB2-Al2O3復(fù)合溶膠、TiC-SiC復(fù)合溶膠、BN-TiN復(fù)合溶膠中的一種。20.根據(jù)權(quán)利要求17所述的刻蝕方法，其特征在于:所述壓印的壓力范圍是0.l-30MPa，加熱溫度范圍是60-300°C，紫外光輻照功率為1-lOOmW/cm2，輻照時(shí)間為1-600秒。
【文檔編號】G03F7/00GK105824190SQ201610369964
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2016年5月30日
【發(fā)明人】李東棟, 許貞, 鄧昌凱, 馬朋莎, 王敏, 羅曉雷, 殷敏, 魯林峰, 陳小源
【申請人】中國科學(xué)院上海高等研究院