一文读懂纳米压印 

1、纳米压印介绍

NIL（纳米压印）是通过模版，将图形转移到相应的衬底上，转移的媒介通常是一层很薄的聚合膜，通过热压或者辐照等方式使其结构硬化从而保留下转移的图形，整个过程包括压印和图形转移两个过程。纳米压印技术突破了传统光刻在特征尺寸减小过程中的难题，具有分辨率高、低成本的特点。

2、纳米压印的分类

根据压印方法的不同，NIL主要可分为热塑（Hot embossing）、紫外固化UV和微接触（Micro contact printing cup）三种光刻技术。

（1）热压印（HE－NIL）

热压印的工艺包含下列步骤：

①首先，利用电子束直写技术（EBDW）制作一片具有纳米图案的Si或SiO2模版，并且准备一片均匀涂布热塑性高分子光刻胶（通常以PMMA为主要材料）的硅基板。

②将硅基板上的光刻胶加热到玻璃转换温度（Glass Transfer Temperature）以上，利用机械力将模版压入高温软化的光刻胶层内，并且维持高温、高压一段时间，使热塑性高分子光刻胶填充到模版的纳米结构内。

③待光刻胶冷却固化成形之后，释放压力并且将模版脱离硅基板。

④最后对硅基板进行反应离子刻蚀（Reactive Ion Etching）去除残留的光刻胶，即可以复制出与模版等比例的纳米图案。

(2)紫外硬化压印光刻技术(UV-NIL)

使用热压印光刻技术的热塑性高分子光刻胶必须经过高温、高压、冷却的相变化过程，在脱模之后压印的图案经常会产生变形现象，因此使用热压印技术不易进行多次或三维结构的压印，为了解决此问题，有人开始研发一些可以在室温、低压下使用的压印光刻技术。

M.Bender和M.Otto提出一种在室温、低压环境下利用紫外光硬化高分子的压印光刻技术[4、5]，其前处理与热压印类似，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，并且在硅基板涂布一层低黏度、对UV感光的液态高分子光刻胶，在模版和基板对准完成后，将模版压入光刻胶层并且照射紫外光使光刻胶发生聚合反应硬化成形，然后脱模、进行刻蚀基板上残留的光刻胶便完成整个UV-NIL。

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的Texas大学，它可以达到10nm的分辨率。先将低粘度的单体溶液滴在压印的衬底上，用很低的压力将模版压倒圆片上，使液态分散开并填充模版中的空腔。紫外光透过模版背面辐照单体，固化成型后，移去模版。最后刻蚀残留层和进行图案转移，得到高纵横比的结构。

很明显，紫外压印相对于热压印来说，不需要高温、高压的条件，它可以廉价的在纳米尺度得到高分辨率的图形，它的工艺可用于发展纳米器件，其中的步进-闪光压印不但导致工艺和工具成本的明显下降，而且在其他方面也和光学光刻一样好或更好，这些其他方面包括工具寿命、模具寿命(不用掩模版)、模具成本、工艺良率、产量和尺寸重现精度。但其缺点是需要在洁净间环境下进行操作。

(3)微接触压印光刻(Microcontact-NIL)

微接触压印光刻技术要先通过光学或电子束光刻得到模版。模具材料的化学前体在模版中固化，聚合成型后从模版中脱离，便得到了进行微接触印刷所要求的模具。常常要得到的模具是PDMS，接着，PDMS模具浸在含有硫醇的试剂中，然后将浸过试剂的模具压到镀金衬底上，衬底可以为玻璃、硅、聚合物等多种形式。另外，在衬底上可以先镀上一薄层钛层然后再镀金，以增加粘连。硫醇与金发生反应，形成自组装单分子层SAM。印刷后有两种工艺对其处理。一种是采用湿法刻蚀，如在氢化物溶液中，氢化物的离子促使未被SAM层覆盖的金溶解，而由于SAM能有效地阻挡氢化物的离子，被SAM覆盖的金被保留，从而将单分子层的图案转移到金上。还可以进一步以金为掩模，对未被金覆盖的地方进行刻蚀，再次实现图案转移，另一种是在金膜上通过自组装单层的硫醇分子来链接某些有机分子，实现自组装，如可以用此方法加工生物传感器的表面。

微接触印刷不但具有快速、廉价的优点，而且它还不需要洁净间的苛刻条件，甚至不需要绝对平整的表面，微接触印刷还适合多种不同表面，具有作用方法灵活多变的特点，该方面缺点是在亚微米尺度，印刷时硫醇分子的扩散将影响对比度，并使印出的图形变宽。通过优化浸液方式、浸液时间，尤其是控制好模具上试剂量及分布，可以使扩散效应下降。

3、纳米压印的应用

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