纳米压印技术

合集下载

纳米压印技术进展及应用

纳米压印技术进展及应用一、概述纳米压印技术，作为一种前沿的微纳加工技术，近年来在科研与工业界引起了广泛的关注。

该技术通过机械转移的方式，将模板上的微纳结构高精度地复制到待加工材料上，从而实现了对材料表面的纳米级图案化。

与传统的光刻技术相比，纳米压印技术不仅具有超高的分辨率，而且能够大幅度降低加工成本，提高生产效率，因此在微电子、生物医学、光学等众多领域展现出了广阔的应用前景。

纳米压印技术的发展历程可追溯至20世纪90年代中期，由美国普林斯顿大学的_______教授首次提出。

随着研究的深入和技术的不断完善，纳米压印技术已经逐渐从实验室走向了产业化。

纳米压印技术已经能够实现对各种材料的微纳加工，包括硅、金属、聚合物等，并且在加工精度和效率方面均取得了显著的进步。

在应用领域方面，纳米压印技术已经在半导体器件制造、生物医学传感器、光学元件制造等多个领域取得了成功的应用案例。

在半导体器件制造中，纳米压印技术可用于制造微处理器、存储器等微纳器件，提高器件的性能和可靠性；在生物医学领域，纳米压印技术可用于制造仿生材料、生物传感器等，为疾病的诊断和治疗提供新的手段；在光学领域，纳米压印技术可用于制造微纳透镜、光纤等光学元件，提高光学系统的性能。

纳米压印技术作为一种新型的微纳加工技术，具有广泛的应用前景和巨大的市场潜力。

随着技术的不断进步和应用领域的不断扩展，纳米压印技术将在未来发挥更加重要的作用，推动科技和工业的快速发展。

1. 纳米压印技术的定义与基本原理纳米压印技术，作为一种前沿的微纳加工技术，正逐渐在微电子、材料科学等领域展现出其独特的优势。

该技术通过机械转移的方式，实现了对纳米尺度图案或结构的高效、精确复制，为制备具有纳米特征的结构和器件提供了强有力的手段。

纳米压印技术的基本原理在于利用压力和热力学效应，将具有纳米结构的模具上的图案转移到待加工材料表面。

制备一个具有所需纳米结构的模具，这一步骤通常依赖于电子束或光刻技术等高精度加工方法。

纳米压印概念

纳米压印概念纳米压印是一种新兴的纳米加工技术，也被称为“纳米印刷”。

它利用纳米级的印刷技术，可以在纳米尺度上进行精确的图案制作和复制。

纳米压印技术是一种重要的制备纳米结构材料的方法，具有很高的潜力和广阔的应用前景。

纳米压印的原理是利用压印模具对待加工表面进行压力作用，通过控制压力、温度和时间等参数，将模具上的图案或结构传递到被压制物体上，形成纳米级的结构。

纳米压印可以实现高分辨率、高精度的图案复制，其制备的纳米结构材料具有优异的物理、化学和光学性能。

纳米压印技术可以广泛应用于纳米器件的制备和表面纳米结构的制作。

在纳米电子学领域中，纳米压印可以用于制备纳米级晶体管、纳米线阵列和纳米电极等元器件。

在光学领域中，纳米压印可以制备具有特定光学性质的纳米结构，用于制造光学元件、光子晶体和纳米光学器件等。

在生物医学领域中，纳米压印可以制备具有特定形态和功能的纳米生物材料，用于药物传递、细胞培养和生物传感器等应用。

此外，纳米压印还可以用于制备纳米级图形、纳米标记和纳米阵列等领域。

纳米压印技术具有很多优点。

首先，它可以在大范围内实现纳米结构的高效制备，具有高度的可扩展性和可重复性。

其次，纳米压印可以制备复杂多样的纳米结构，包括多层薄膜、纳米线和纳米孔等。

此外，纳米压印技术还可以在多种材料上实现纳米结构的制备，如金属、半导体和聚合物等。

最后，纳米压印技术相对于传统的制备方法，具有低成本和高效率的优势。

然而，纳米压印技术也存在一些挑战和限制。

首先，纳米压印的模具制备和维护成本较高，需要使用昂贵的设备和材料。

其次，在纳米压印过程中，材料的性质和变形机制会对纳米结构的形成和复制产生影响，需要仔细控制制备条件。

此外，纳米压印技术对材料的选择和性能有一定要求，不适用于所有材料和结构的制备。

纳米压印技术在科学研究和工业生产中都具有重要的应用价值。

在科学研究方面，纳米压印可以帮助研究者深入理解纳米尺度下材料的物理和化学特性，推动纳米科学的发展。

纳米压印在光伏器件中的应用

常见的光伏器件
•
硅光电池
太阳能电池
光敏二极管
光敏二极管结构原理图
三：纳米压印在光伏器件制造中的应用
3.1太阳能电池发展现状：现在国内外的太阳能电池
行业都围绕着提高太阳能电池的光转换效率和减低成本这两个目标展开工作。晶体硅高效太阳能电池
和各类薄膜太阳能电池也是全球新型太阳能电池的研发热点。薄膜太阳能电池研究主要集中在非晶质薄膜电池，碲化镉薄膜电池和多晶硅薄膜电池上。而且现在已证明将纳米压印技术应用到太阳能电池的制造中是提高太阳能电池的性能的有效方法之一。
3.2：利用纳米压印技术制造增透膜来提升太阳能电池的性能
• 制造太阳能电池的材料通常具有较高的折射率，当太阳光入射到表面时，会引起菲涅尔反射，造成太阳光的损失。据统计，在不使用防反射膜的情况下，超过30%的入射光将会损失。因此，最大限度的减少反射从而提高效率一直是一个重要的研究方向。
• 现在可以采用室温纳米压印技术，用铝氧化物膜作为掩模，采用UV纳米压印技术（紫外固化纳米压印技术），将一种纳米尺度的多孔氧化铝掩模图案转移到光刻胶上，从而使防反射膜具有蛾眼结构并将其应用到单晶硅太阳能电池等多种太阳能电池中（图1）。这种有蛾眼结构的防反射膜可以在很宽的光谱范围类有效地减少菲涅尔反射，使太阳能电池的损失减少。据实验计算，这种放射膜的表面反射率将降到4%左右（图2），且在波长为425—— 1200nm间，可以提高太阳能电池19%的光电转换效率（图3）。
：热压纳米压印技术
热压纳米压印技术的基本步骤是：压印—— 脱模——反应离子刻蚀去残胶。具体步骤如下：①压印——在衬底上涂覆一层聚合物材料，再用印模在一定的温度和压力下去压印聚合物涂层；②脱模——趁聚合物涂层仍然软化将印模从中拔出；③反应离子刻蚀去残胶——通过进一步的处理去除残留的聚合物涂层，暴露出衬底材料的表面。

纳米压印技术

2.3 软模板压印（SCIL）
软模板压印技术主要是为了解决在大面积基底上使用硬质石英模板实现大面积均匀压印这一问题
由于使用很低的压力，很难在大面积基底上实现均匀的接触
采用常规（PDMS）软模在大面积的直接接触过程中也需要一定的压力去产生形变来配合基底的不平整表面，均匀接触和压力下模板的变形成为一种不可调和的矛盾
1.3 关键工艺步骤
• 1.模板制造 • 2.压印过程（模板处理，加压，脱模过程） • 3.图形转移过程 • 4.相关材料研究（模板材料，衬底材料，纳米压印胶）
2. 纳米压印工艺
2.1 热压印
• 首先在某一衬底上涂一层胶，然后在一定温度，一定压力下，把模板用机械力压在胶上，降温后把模板脱出，形成所需图案。
2.4 逆压印技术
把光刻胶涂在模板上，然后在压在衬底上利用这种方法非常容易实现多层压印 2.5 滚筒压印技术把压印技术和滚轴印刷技术结合起来，实现几平方米面积高产量压印
2. 纳米压印技术应用领域及前景
应用领域 1.光刻技术替代者 2.集成电路领域 3.光学领域
制作高密度亚波长光栅，应用在金属起偏器上；制备光子晶体等
4.存储领域
希捷公司采用热压印技术制备高密度光盘位存储器
5.生物领域
目前，许多发达国家都把纳米压印技术列入重点发展领域，很多公司都在投入大量人力、物力开展纳米压印设备制造，模板制造以及纳米压印的应用的。纳米压印技术在中国虽然起步很晚，但进展非常迅速，相信随着社会的发展和进步，我国的在纳米压印技术上会更上一层楼。
纳米压印技术
主要内容
1.纳米压印技术简介
1.1 压印技术 1.2 纳米压印技术 1.3 纳米压印关键工艺步骤 2.纳米压印工艺 2.1 热压印技术 2.2 紫外光固化压印（步进-闪光工艺） 2.3 软模板压印技术（SCIL） 2.4 逆压印技术 2.5 滚筒压印技术 3.纳米压印技术应用领域及前景

纳米压印技术

①
③
微接触
②
纳米压印技术以上
• 首先在衬底上涂上一层薄层热塑形高分子材料（如PMMA）。升温并达到此热塑性材料的玻璃化温度Tg（Glass transistion temperature）之上。热塑性材料在高弹态下，黏度降低，流动性增强，随后将具有纳米尺度的模具压在上面，并施加适当的压力。热塑性材料会填充模具中的空腔，在此过程中，热塑性材料的厚度应较模具的空腔高度要大，从而避免模具与衬底的直接接触而造成损伤。模压过程结束后，温度降低使热塑性材料固化，因而能具有与模具重合的图形。随后移去模具，并进行各相异性刻蚀去除残留的聚合物。接下来进行图形转移。图形转移可以采用刻蚀或者剥离的方法。刻蚀技术以热塑性材料为掩膜，对其下面的衬底进行各向异性刻蚀，从而得到相应的图形。剥离工艺先在表面镀一层金属，然后用有机溶剂溶解掉聚合物，随之热塑性材料上的金属也将被剥离，从而在衬底上有金属作为掩膜，随后再进行刻蚀得到图形。
模具高分子热塑性材料 ①衬底 ③
热塑
②
④
填充模具
各向异性刻蚀
紫外固化——S-FIL (Step-Flash Imprint Lithography)
• 采用对紫外透明的石英玻璃（硬模）或PDMS（软模），光阻胶采用低粘度、光固化的单体溶液。先将低粘度的单体溶液滴在要压印的衬底上，结合微电子工艺，薄膜的淀积可以采用旋胶覆盖的方法，用很低的压力将模版压到晶圆上，使液态分散开并填充模版中的空腔。透过模具的紫外曝光促使压印区域的聚合物发生聚合和固化成型。最后刻蚀残留层和进行图形转移，得到高深宽比的结构。最后的脱模和图形转移过程同热压工艺类似。
纳米压印技术
ห้องสมุดไป่ตู้念

纳米压印技术

纳米压印及其加工技术摘要：纳米压印是一种全新的纳米图形复制方法。

米压印可望成为一种工业化生产技术, 从根本上开辟了各种纳米器件生产的广阔前景。

讲解了纳米压印相关技术种类，技术发展程度，及未来发展方向和应用前景。

关键词：纳米压印；影响因素；产业化发展7月16日，王旭迪老师在我校格物楼二楼学术报告厅开展一场主题报告，本次报告主题为“纳米压印及其加工技术”。

我专业80余人参加了此次报告会。

王老师讲解了纳米压印技术的分类、原理，以及此项技术的发展历程和应用前景。

一、纳米压印的技术方法纳米压印技术最早由Stephen Y Chou教授在1995年率先提出,这是一种不同与传统光刻技术的全新图形转移技术。

纳米压印技术的定义为:不使用光线或者辐照使光刻胶感光成形,而是直接在硅衬底或者其它衬底上利用物理学的机理构造纳米尺寸图形。

纳米压印技术是一种目前在国际上引起普遍关注的具有超高分辨率的新纳米光刻方法, 可以在柔性聚合物等薄膜上形成分辨率小于10nm 的大面积三维人工结构。

纳米压印分为两步: 压印和图形的转移。

将模版与基片进行对准, 基片由硅片和聚合物形成的抗蚀层组成。

通常热压印中抗蚀层为传统光刻胶聚甲基丙烯酸甲脂(PMMA) ,且压印前已经均匀固化在硅片上。

然后加压,使模版上的微细图形转移到抗蚀剂上。

最后进行脱模分离, 使模版与抗蚀层分离。

后续工艺为采用反应离子刻蚀(RIE)将残余层除去。

这就完成了整个压印过程。

传统纳米压印技术主要有三种:热塑纳米压印技术、紫外固化压印技术和微接触纳米压印技术。

1.1 热塑纳米压印技术热塑纳米压印技术主要的工艺流程:制备高精度掩模板,一般采用硬度大和化学性质稳定的SiC、Si3N4、SiO2,利用电子束蚀刻技术或反应离子蚀刻技术来产生图案；利用旋涂的方式在基板上涂覆光刻胶,常见的是PMMA和PS；加热至光刻胶的玻璃化转换温度(T g)之上50℃～100℃,然后加压(500kPa～1 000kPa)于模板并保持温度和压力一段时间,液态光刻胶填充掩模版图形空隙；降低温度至T g以下后脱模,将图形从模板转移到基片上的光刻胶；采用反应离子刻蚀去除残留光刻胶,就将图形转移到基板上。

纳米压印技术

高保真度
几乎无差别的将掩模板上的图形转移到wafer上.
纳米压印可望成为一种工业化生产技术，从根本上解决各种纳米器件
生产。
2020/3/13
7
微纳科学技术
一.为什么研究纳米压印技术
应用领域：
半导体加工作量子磁碟 DNA 电泳芯片 GaAs 光检测器波导起偏器硅场效应管 2020/3/13
纳米压印技术
(Nanoimprint Lithography)
微纳加工技术及微纳器件
段智勇 2020/3/13
微纳科学技术
主要内容
1. 为什么要研究纳米压印技术.
2. 纳米压印技术实现的方式.
3. 纳米压印技术亟待解决的问题.
4. 课题组研究工作及进展.2020/3132微纳科学技术
一.为什么研究纳米压印技术
2. 图形转移(pattern transfer)
在一块基片(通常是硅片) 上“涂”( spin :旋覆) 上一层聚合物(如 PMMA ，聚甲基丙烯酸甲脂)。
已刻有目标纳米图形的硬“印章”(如二氧化硅“图章”) 在一定的温度(必须高于聚合物“软化”温度(glass - transition temperature) ，和压力下去“压印”(imprint ) PMMA 涂层。
2020/3/13
Appl. Phys. Lett., 67 (21), 3114 (1995).
14
微纳科学技术
二.纳米压印技术实现方式
超声纳米压印技术
热压印的改进，利用超声波加热介质聚合物。中国台湾清华大学首次提出。
2020/3/13
15
微纳科学技术
二.纳米压印技术实现方式

纳米压印光刻技术

纳米压印光刻技术纳米压印技术是美国普林斯顿大学华裔科学家周郁在20世纪1995年首先提出的。

这项技术具有生产效率高、成本低、工艺过程简单等优点,已被证实是纳米尺寸大面积结构复制最有前途的下一代光刻技术之一。

目前该技术能实现分辨率达5nm以下的水平。

纳米压印技术主要包括热压印、紫外压印以及微接触印刷。

纳米压印技术是加工聚合物结构最常用的方法,它采用高分辨率电子束等方法将结构复杂的纳米结构图案制在印章上,然后用预先图案化的印章使聚合物材料变形而在聚合物上形成结构图案。

1、热压印技术纳米热压印技术是在微纳米尺度获得并行复制结构的一种成本低而速度快的方法。

该技术在高温条件下可以将印章上的结构按需复制到大的表面上,被广泛用于微纳结构加工。

整个热压印过程必须在气压小于1Pa的真空环境下进行,以避免由于空气气泡的存在造成压印图案畸变,热压印印章选用SiC材料制造,这是由于SiC非常坚硬,减小了压印过程中断裂或变形的可能性。

此外SiC化学性质稳定,与大多数化学药品不起反应,因此便于压印结束后用不同的化学药品对印章进行清洗。

在制作印章的过程中,先在SiC表面镀上一层具有高选比(38&1)的铬薄膜,作为后序工艺反应离子刻蚀的刻蚀掩模,随后在铬薄膜上均匀涂覆ZEP抗蚀剂,再用电子束光刻在ZEP抗蚀剂上光刻出纳米图案。

为了打破SiC的化学键,必须在SiC上加高电压。

最后在350V的直流电压下,用反应离子刻蚀在SiC表面得到具有光滑的刻蚀表面和垂直面型的纳米图案。

整个热压印过程可以分为三个步骤：(1)聚合物被加热到它的玻璃化温度以上。

这样可减少在压印过程中聚合物的粘性,增加流动性,在一定压力下,就能迅速发生形变。

但温度太高也没必要,因为这样会增加升温和降温的时间,进而影响生产效率,而对模压结构却没有明显改善,甚至会使聚合物弯曲而导致模具受损。

同时为了保证在整个压印过程中聚合物保持相同的粘性,必须通过加热器控制加热温度不变。

纳米压印技术原理

纳米压印技术原理引言：纳米压印技术是一种用于制备纳米结构的先进工艺，它可以在纳米尺度上对材料进行加工和制造。

本文将介绍纳米压印技术的原理及其应用。

一、纳米压印技术的定义纳米压印技术是一种通过对材料施加压力，将纳米尺度的图案或结构转移到另一材料表面的加工方法。

这种技术可以制备出具有纳米特征的结构，具有广泛的应用前景。

二、纳米压印技术的原理纳米压印技术的原理基于压力和热力学效应。

具体步骤如下：1. 制备模具：首先，需要制备一个具有所需纳米结构的模具。

常用的制备方法包括电子束或光刻技术。

2. 涂覆材料：将需要加工的材料涂覆在基板表面。

3. 压印过程：将制备好的模具与涂覆材料的基板接触，并施加一定的压力。

通过压力的作用，模具上的纳米图案被转移到材料表面。

4. 固化和脱模：在压印过程中，涂覆材料可能会发生流动，因此需要对其进行固化以保持所需的纳米结构。

然后，将模具从基板上脱离。

三、纳米压印技术的特点1. 高分辨率：纳米压印技术可以制备出具有纳米级别分辨率的结构，可以满足多种应用的需求。

2. 高效性：纳米压印技术具有高效的加工速度，可以在短时间内制备大面积的纳米结构。

3. 可重复性：纳米压印技术可以实现高度重复性制备，保证产品的一致性和可靠性。

4. 灵活性：纳米压印技术适用于不同类型的材料，包括有机材料、无机材料和生物材料等，具有广泛的应用领域。

四、纳米压印技术的应用纳米压印技术在许多领域都有广泛的应用，包括：1. 光学领域：纳米压印技术可以制备出具有特殊光学性质的结构，用于制备纳米光学器件和光学传感器等。

2. 电子领域：纳米压印技术可以制备出具有特定电子性质的结构，用于制备纳米电子器件和纳米电路等。

3. 生物医学领域：纳米压印技术可以制备出具有特定生物特性的结构，用于制备生物芯片和生物传感器等。

结论：纳米压印技术是一种重要的纳米加工技术，具有高分辨率、高效性、可重复性和灵活性等特点。

它在光学、电子和生物医学等领域有着广泛的应用前景。

纳米压印工艺

纳米压印工艺嘿，朋友们！今天咱来聊聊纳米压印工艺，这可真是个神奇又有趣的玩意儿啊！你想想看，纳米级别的操作，那得多精细呀！就好像在一个超级小的世界里玩拼图游戏。

纳米压印工艺呢，就像是一个超级厉害的艺术家，能在那么小的尺度上创造出精美的图案和结构。

咱平常生活里用的好多高科技产品，说不定都有纳米压印工艺的功劳呢！比如说一些电子设备的芯片呀，那上面的线路可复杂了，纳米压印工艺就能把那些精细的线路给完美地印出来。

这就好比是在给芯片这个小“宝贝”化妆，让它变得更漂亮、更厉害！纳米压印工艺可不简单哦！它需要很高的技术和精度。

这可不是随便谁都能玩得转的，得有专业的设备和厉害的技术人员才行。

他们就像是一群神奇的魔法师，能把纳米世界变得丰富多彩。

做纳米压印工艺就像是盖房子，得先有个好的设计图纸，然后再一点一点地把材料堆上去，最后建成一座漂亮的大厦。

在纳米世界里也是一样，要先设计好图案，然后通过各种手段把图案印到材料上。

这中间可不能出一点差错，不然整个作品可就毁了呀！而且哦，纳米压印工艺还在不断发展呢！就像我们人会不断学习进步一样，它也越来越厉害。

以后说不定能做出更多更神奇的东西来，那我们的生活不就变得更加美好啦？想想看，未来的世界里，到处都是用纳米压印工艺制造出来的高科技产品，那该有多酷呀！我们的手机会变得更薄更轻，功能却更强大；我们的电脑会跑得更快，处理信息的能力更强。

哎呀呀，这可真是让人期待啊！朋友们，纳米压印工艺真的是一个非常有前途的技术呀！它就像是一颗闪闪发光的星星，照亮了我们未来的科技之路。

让我们一起期待它能给我们带来更多的惊喜和奇迹吧！不用怀疑，它肯定能做到的！原创不易，请尊重原创，谢谢!。

纳米压印技术

最近紫外压印一个新的发展是提出了步进 - 闪光压印. 步进 - 闪光压印发明于 Austin奥斯丁的 Texas 大学 ,它可以达到 10 nm 的分辨率.工艺如下图所示
目标和结果
1. 石英印章接触压印 2. 进行UV曝光 3. 从基板分离印章 4. 清除残留层 5. 氧蚀剂蚀刻
微接触印刷μCP
T-NIL步骤
聚合物被加热到它的玻璃化温度以上.
施加压力
模压过程结束后 ,整个叠层被冷却到聚合物玻璃化温度以下
脱模.脱模时要小心 ,以防止用力说明过：度玻璃而化温使度模,高聚具物损由高伤弹.态转变为玻璃态的温度.
紫外纳米压印光刻UV-NIL
流程如下：被单体涂覆的衬底和透明印章装载到对准机中 ,通过真空被固定在各自的卡盘中.当衬底和印章的光学对准完成后 ,开始接触.透过印章的紫外曝光促使压印区域的聚合物发生聚合和固化成型.接下来的工艺类似于热压工艺.
目录：
➢ 介绍 ➢ 过程 ➢ 应用 ➢ 未来前景
Conten ts
介绍
纳米压印光刻NIL是制造纳米尺度图案的方
法. 它是一种简单的纳米光刻工艺,具有成本低,产量高,分辨率高. 它通过压印抗蚀剂的机械变形和随后的工艺形成图案. 印记抗蚀剂通常是在印迹期间通过热或UV光固化的单体或聚合物制剂. 控制抗蚀剂和模板之间的粘合以允许适当的释放.
效应的限制,也不受二次电子的限制,不需要任何复杂的辐射化学. 它也是一种潜在的简单和便宜的技术. 然而,对纳米尺度图案的延续性障碍是目前依赖于其他光刻技术来生成模板.自组装结构可能为10纳米或更小尺度的周期性图案的模板提供最终解决方案.
截至2007年10月,东芝是唯一一家经过验证的纳米压印光刻技术,面向22nm及以上的公司.

纳米压印

1.3 关键工艺步骤
• 1.模板制造 • 2.压印过程（模板处理，加压，脱模过程） • 3.图形转移过程 • 4.相关材料研究（模板材料，衬底材料，纳米压印胶）
2. 纳米压印工艺
2.1 热压印
• 首先在某一衬底上涂一层胶，然后在一定温度，一定压力下，把模板用机械力压在胶上，降温后把模板脱出，形成所需图案。
2.4 逆压印技术
把光刻胶涂在模板上，然后在压在衬底上利用这种方法非常容易实现多层压印 2.5 滚筒压印技术把压印技术和滚轴印刷技术结合起来，实现几平方米面积高产量压印
பைடு நூலகம்
2. 纳米压印技术应用领域及前景
应用领域 1.光刻技术替代者 2.集成电路领域 3.光学领域
制作高密度亚波长光栅，应用在金属起偏器上；制备光子晶体等
纳米压印技术
报告人： Sunny 学号：000000000000 学校：燕山大学
主要内容
1.纳米压印技术简介
1.1 压印技术 1.2 纳米压印技术 1.3 纳米压印关键工艺步骤 2.纳米压印工艺 2.1 热压印技术 2.2 紫外光固化压印（步进-闪光工艺） 2.3 软模板压印技术（SCIL） 2.4 逆压印技术 2.5 滚筒压印技术 3.纳米压印技术应用领域及前景
2.3 软模板压印（SCIL）
软模板压印技术主要是为了解决在大面积基底上使用硬质石英模板实现大面积均匀压印这一问题
由于使用很低的压力，很难在大面积基底上实现均匀的接触
采用常规（PDMS）软模在大面积的直接接触过程中也需要一定的压力去产生形变来配合基底的不平整表面，均匀接触和压力下模板的变形成为一种不可调和的矛盾
新型SCIL模板示意图
新型SCIL模块原理图

第四章纳米压印技术 ppt课件

工成一个压模: 然后在用来绘制纳米
图案的基片上旋涂一层聚合物薄膜，
将其放人压印机加热并且把压模压在
基片上的聚合物薄膜上，再把温度降
低到聚合物凝固点附近并且把压模与
聚合物层相分离，就在基片上做出了
凸起的聚合物图案(还要稍作腐蚀除去
热压印示意图
凹处残留的聚合物)
热压印法的工艺过程分三步: MicroNano System Research Center 压模制备、压印过程、图形转移。
2007年当选为美国国家工程院院士，被称为改革开放后中国大陆高校毕业生获取美国国家工程院院士的第一人。
MicroNano System Research Center
主要内容
1.纳米压印技术简介 1.1 压印技术 1.2 纳米压印技术 1.3 纳米压印关键工艺步骤
2.纳米压印工艺 2.1 热压印技术 2.2 紫外光固化压印（步进-闪光工艺） 2.3 软模板压印技术（SCIL） 2.4 逆压印技术 2.5 滚筒压印技术
由于不同压印工艺对模板材料的要求不同，为了寻找使用周期更长的模板材料作为大规模生产，研究人员研究更具灵活性和适应性的材料作为模板材料。一般通过实验来测试这些通过纳米加工技术得到的模板的耐用性。
MicroNano System Research Center
1）硬度: 分别进行不同的硬度试验测试，包括硬度划痕试验和压痕硬度试验. 在硬度划痕试验中，测试莫式硬度。在压痕硬度试验中，测试维氏硬度和努普硬度。
2) 导热性: 必须考虑到模板和基片这两种材料导热性的差异。在降温过程中，两者导热性过大的差异，会使图形产生扭曲变形。通常的选用原则是，导热性越强越好，可以缩短整个加工周期，这有利于产量的提高. 模板材料随压印工艺而不同:

纳米压印技术概述与应用

紫外纳米压印(UV-NIL) Austin texas.GrantWilson;1996
1英寸小模板，石英玻璃或金刚石材料，可以透过紫外光 50nm 室温
1-200N Si片
500nm 紫外感光有机溶剂 (SU-8等)
分辨率高、对准精度高、便于实验研究、可选真空环境纳光电器件、纳电子器件、NEMS、 MEMS加工特别适合半导体集成电路制造
7、分类
纳米压印目前分类：热压印 (hot embossing lithography，HEL)；紫外纳米压印(Uybased nanoimprint lithography，UV-NIL)；微接触印刷 (μm-contact print，μCP)；步进纳米压印；激光辅助纳米压印；滚轴式压印；金属薄膜直接压印。
紫外纳米压印一个新的发展是采用紫外纳米压印技术和步进技术相结合形成的步进闪光纳米压印技术，有望成为下一代集成电路的主流技术。紫外纳米压印工艺目前具有的复制能力可达到10nm。
13、微接触印刷
微接触印刷技术的工艺流程为：首先使用聚二甲基硅氧烷 (PDMS)等高分子聚合物作为掩模制作材料，采用光学或电子束光刻技术制备掩模板;将掩模板浸泡在含硫醇的试剂中，在模板上形成一层硫醇膜;再将 PDMS 模板压在镀金的衬底上1020s后移开，硫醇会与金反应生成自组装的单分子层 SAM，将图形由模板转移到衬底上。
滚轴式纳米压印现有两种工艺：一种是将掩模板直接制作到滚轴上，可以通过直接在金属滚轴上压印，紫外光固化制得图形。一种是利用弹性掩模套在滚轴上实现，滚轴的转动将图形连续地压人已旋涂好光刻胶的基板上，紫外光固化，滚轴的滚动实现了压人和脱模两个步骤，制得图形。
18、金属薄膜直接压印

曲面微光学结构纳米压印制备技术研究

曲面微光学结构纳米压印制备技术研究引言随着科学技术的不断发展，纳米技术已经成为当今科技领域的热点之一。

纳米技术的应用领域非常广泛，包括能源、材料、医疗、环境等各个领域。

在光学领域，曲面微光学结构纳米压印制备技术是一种非常重要的制备方法，它可以用于制备具有微观结构的光学元件，具有重要的应用价值和研究意义。

一、曲面微光学结构纳米压印技术的概述曲面微光学结构纳米压印技术是一种利用模板对材料表面进行纳米压印制备微光学结构的技术。

该技术的特点是可以在曲面上制备微观尺寸的光学结构，具有成本低、制备速度快、适用范围广等优点。

在纳米压印技术中，模板具有非常重要的作用，它决定了制备光学结构的形状和尺寸。

模板的制备也是该技术的一个重要研究方向。

二、曲面微光学结构纳米压印技术的研究进展在过去的几十年中，曲面微光学结构纳米压印技术取得了较大的研究进展。

研究人员通过优化压印工艺参数、设计制备模板、改进材料特性等方法，提高了该技术的制备精度和制备速度。

还在该技术的应用领域进行了广泛的探索，如制备光学波导、微透镜阵列、表面等离激元结构等。

这些研究成果为该技术的进一步发展和应用奠定了良好的基础。

三、曲面微光学结构纳米压印技术的关键技术及挑战曲面微光学结构纳米压印技术的关键技术主要包括模板制备、压印工艺参数优化、材料特性改进等方面。

模板制备是该技术的核心之一，目前主要采用电子束或离子束刻蚀技术进行模板制备。

压印工艺参数优化也是该技术的一个重要研究内容，通过对温度、压力、速度等参数进行优化，可以提高制备的精度和效率。

材料特性的改进也是该技术的一个重要挑战，目前主要采用光敏聚合物或热塑性聚合物作为压印材料，但在一些特殊应用中，对材料的光学特性和耐热性有较高要求。

四、曲面微光学结构纳米压印技术的应用展望曲面微光学结构纳米压印技术具有非常广阔的应用前景。

在光通信领域，该技术可以用于制备微透镜阵列、光栅、波导等光学元件，有望在光学通信系统中发挥重要作用。

NA芯片技术的原理与

需要突破传统的光学检测方法，探索电学、电化学等新型检测手段。
技术优势与限制
高度并行性
NA芯片可以实现高通量、高并行性的检测，一次可同时分析多个基因或蛋白质样本。
01
02
灵敏度高
通过优化探针设计和信号转换技术， NA芯片具有较高的灵敏度，能够检测低浓度的生物分子。
03
快速简便
NA芯片操作简便，检测时间短，适合用于临床诊断、生物安全监测等领域。
用。
02
NA芯片技术原理
工作原理
生物分子识别
NA芯片通过生物分子识别技术，将特定的核酸序列与芯片上的探针进行互补结合，实现对目标分子的捕获。
信号转换与检测
捕获目标分子后，芯片上的信号转换器将生物分子信号转换为可检测的电信号，通过检测设备进行定量和定性分析。
数据处理与分析
芯片检测到的数据经过处理和分析，可提供关于基因组、转录组和蛋白质组等方面的信息。
根据规格书进行逻辑设计，包括算法设计、电
路设计等。
布图设计
将逻辑设计转换为物理版图，进行布局和布线
设计。
制造工艺
晶圆制备
将高纯度硅晶棒切割成晶圆，进行表面处理和清洗。
薄膜制备
在晶圆表面沉积薄膜材料，如氧化硅、氮化硅等。
刻蚀工艺
通过物理或化学方法将不需要的薄膜去除，形成电路和元件结构。
掺杂与镀膜
NA芯片技术还可以用于智能传感器中，实现对环境参数的快速检测和实时反馈，提高生产过程的智能化水平。
案例四：物联网领域应用
物联网领域应用
NA芯片技术在物联网领域的应用主要涉及传感器节点、网络通信等方面。通过NA芯片技术，可以实现物联网设备的智能化和互联互通，促进物联网的发展和应用。

第四章-纳米压印技术

微米纳米技术
纳米压印技术 2015.05
MicroNano System Research Center
微米纳米加工技术
第三章：纳米压印技术
MicroNano System Research Center
2
微米纳米加工技术
第三章：纳米压印技术
普林斯顿大学电机系华裔教授,
1978年从中国科技大学物理系毕
2. 预先在基片底部涂一层与基底粘接性好的聚合物(如PMGI: 聚
甲基戊二酞亚胺)，这样既有利于脱模，又可使基底平整化; 3. 用一种高抗粘连的材料涂镀在模板内表面，以利于脱模; 为避免压印时有机溶剂与模板腔体之间残留气孔，最好在真空
状态下工作。多层结构压印依靠模板四角标记对准，对准精度比
较差，通常在微米级，故多用于单层结构压印。
紫外纳米压印示意图
28
微米纳米加工技术
紫外纳米压印工艺流程：
第三章：纳米压印技术
1. 首先都必须准备一个具有纳米图
案的模版，而 UV-NIL 的模版材料必
须使用可以让紫外线穿透的石英； 2. 并且在硅基板涂布一层低粘度、对UV感光的液态高分子光刻胶； 3. 在模版和基板对准充成后，将
模版压入光刻胶层并且照射紫外光使
近十年间 , 各种创新的NIL工艺的研究陆续开展，其实验结果越来越令人满意，目前，大概归纳出四种代表技术: 热压印光刻技术、紫外硬化压印光刻技术、软压印、激光辅助直接光刻技术。
2.1 热压印(HE-NIL ) 2.1.1热压印
热压工艺是在微纳米尺度获得并行复制结构的一种成本低而速度快的方法，仅需一个模具，完全相同的结构可以按需复制到大的表面上。
5
微米纳米加工技术
1.2 纳米压印技术

纳米压印技术的发展及分类

Thank you
光学光刻的分辨率受限于
纳米压印 • • • • 设备体积小成本相对较低生产效率高容易制备高深宽比图案
纳米压印技术的发展历程晶圆弯曲
2008, Wu, Wei, et al.
2006, Stephen Chou, et al.
气垫加压
2002, LJ Guo, et al.
逆向纳米压印
1999, Colburn, Matthew, et al.
根据固化方法不同，纳米压印可分为热固化、紫外固化以及热-紫外同时固化三种方式。其中，热固化最大的缺点在于:模板在高温高压下，表面结构或其他热塑性材料会有热膨胀趋势，这将导致转移图形尺寸的误差以及脱模的困难。一般来说，特征尺寸越小，集成度越高，模板与聚合物之间的黏合力越大，使得脱模越困难。紫外固化时间短，相应压力也较低，可以大大减小晶片变形的几率和程度。同时，模板的高透明性能够进行高精度对准，特别适合半导体器件和电路制造。
The diagram of the microfluidic chip.
纳米压印光刻技术从原理上回避了昂贵的投影镜组和光学系统固有的物理限制，但因其属于接触式图形转移过程，又衍生了许多新的技术问题，其中1 ∶ 1 压印模具的制作、套印精度、模具的使用寿命、生产率和缺陷控制被认为是当前最大的技术挑战。现在纳米压印的发展主要表现在以下三方面: (1) 超大规模集成电路图形化纳米压印光刻。针对纳米压印光刻成为下一代光刻技术的前景，研发其工业化的核心工艺技术和装备关键技术。目前的该领域研究人员正致力于解决高分辨率压印模版制造、模版寿命保障、图形转移缺陷控制、多层套印精度保证等核心问题。
Ref. Chou S Y, Krauss P R, Renstrom P J. Imprint of sub‐25 nm vias and trenches in polymers[J]. Applied physics letters, 1995, 67(21): 3114-

纳米压印技术概述

随着科技的进步和发展，人们从理论和实验研究中发现，当许多材料被加工为具有纳米尺度范围的形状时，会呈现出与大块材料完全不同的性质。

这些特异的性质向人们展现了令人兴奋的应用前景。

而在开发超大规模集成电路工艺技术的过程中，人们已经开发了一些能够进行纳米尺度加工的技术，例如电子束与X射线曝光，聚焦离子束加工，扫描探针刻蚀制技术等。

但这些技术的缺点是设备昂贵，产量低，因而产品价格高昂。

商用产品的生产必须是廉价的、操作简便的，可工业化批量生产的、高重复性的；对于纳米尺度的产品，还必须是能够保持它所特有的图形的精确度与分辩率。

针对这一挑战，美国“明尼苏达大学纳米结构实验室”从1995年开始进行了开创性的研究，他们提出并展示了一种叫作“纳米压印”(nanoimprint lithography) 的新技术[1]。

纳米材料在电子、光学、化工、陶瓷、生物和医药等诸多方面的重要应用而引起人们的高度重视.一纳米材料的概述：从分子识别、分子自组装、吸附分子与基底的相互关系、分子操作与分子器件的构筑，并通过具体的例证加以阐述，包括在STM 操作下单分子反应有机小分子在半导体表面的自指导生长; 多肽-半导体表面特异性选择结合.生物分子/无机纳米组装体、光驱动多组分三维结构组装体、DNA 分子机器。

所谓纳米材料指的是具有纳米量级从分1~100 nm 的晶态或非晶态超微粒构成的分子识别走向分子信息处理和自组织作用的固体物质。

纳米压印技术具有产量高、成本低和工艺简单的优点，是纳米尺寸电子器件的重要制作技术。

纳米压印技术主要包括热压印、紫外压印(含步进—闪光压印)和微接触印刷等。

本文首先描述了纳米压印技术的基本原理，然后介绍了传统纳米压印技术的新进展，如气压辅助纳米压印技术、激光辅助压印技术、静电辅助纳米压印技术、超声辅助纳米压印技术和滚轴式纳米压印技术等。

最后特别强调了纳米压印的产业化问题。

我们希望这篇综述能够引起国内工业界和学术界的关注，并致力于在中国发展纳米压印技术。