本發(fā)明屬于納米壓印，具體涉及一種基于聚脲增強(qiáng)抗沖擊性的納米壓印模具及其制造方法。

背景技術(shù)：

1、納米壓印技術(shù)，是在微納米尺度獲得復(fù)制結(jié)構(gòu)的一種低成本且快速的方法，該技術(shù)可將模板上的結(jié)構(gòu)根據(jù)需求復(fù)制到大的表面上，再進(jìn)行常規(guī)的刻蝕、剝離等工藝流程，最終加工出納米結(jié)構(gòu)或器件。納米壓印技術(shù)具有大批量、重復(fù)性高、超高分辨率、低成本等技術(shù)優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是一種有望代替現(xiàn)有uv光刻、x射線光刻及電子束光刻等技術(shù)的加工手段，在半導(dǎo)體、生物醫(yī)學(xué)、光學(xué)器件微納制造等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。

2、納米壓印模具的質(zhì)量和精度直接影響到壓印出的結(jié)構(gòu)或器件的質(zhì)量和精度，壓印模具可分為硬模具和軟模具兩大類，相比軟模具的而言，硬模具壓印出的結(jié)構(gòu)或器件的質(zhì)量和精度更高，但在壓印過程中易出現(xiàn)模具裂紋或斷裂等缺陷，影響壓印結(jié)構(gòu)或器件的質(zhì)量和精度的同時(shí)需要反復(fù)更換模具，增大制造成本。現(xiàn)有的一些實(shí)施方案中，基于納米壓印模具制造出成本更低的副模具進(jìn)行后續(xù)壓印，但此類方式在壓印副模具過程中仍可能造成模具損壞。此外，副模具壓印會(huì)造成壓印結(jié)構(gòu)失真，不適用于高精結(jié)構(gòu)壓印。

3、基于此，開發(fā)一種提升納米壓印模具抗沖擊性的方法，以提升納米壓印模具的抗沖擊性能，防止其在壓印過程中出現(xiàn)裂紋或斷裂等缺陷，增加使用壽命，降低納米壓印技術(shù)的制造成本，是亟需解決的技術(shù)問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的之一在于提供一種能夠提升納米壓印模具的抗沖擊性能、防止其在壓印過程中出現(xiàn)裂紋或斷裂等缺陷、延長使用壽命、降低納米壓印技術(shù)制造成本的基于聚脲增強(qiáng)抗沖擊性的納米壓印模具的制造方法。

2、本發(fā)明的目的之二在于提供一種抗沖擊性能好、使用壽命長的基于聚脲增強(qiáng)抗沖擊性的納米壓印模具。

3、本發(fā)明實(shí)現(xiàn)目的之一采用的技術(shù)方案是：提供一種基于聚脲增強(qiáng)抗沖擊性的納米壓印模具的制造方法，包括以下步驟：

4、s1、制備納米壓印模具結(jié)構(gòu)層，將納米壓印模具轉(zhuǎn)移至沉積腔室中；

5、s2、通過載氣向沉積腔室內(nèi)通入二異氰酸酯作為第一前驅(qū)體，而后通入清掃氣體，清掃多余的第一前驅(qū)體；

6、s3、通過載氣向腔室內(nèi)通入二胺類前驅(qū)體作為第二前驅(qū)體，而后通入清掃氣體，清掃多余的第二前驅(qū)體及反應(yīng)副產(chǎn)物；

7、s4、循環(huán)步驟s2-s3多次，在結(jié)構(gòu)層表面沉積一定厚度的聚脲薄膜，即得到一種基于聚脲增強(qiáng)抗沖擊性的納米壓印模具。

8、在本發(fā)明中，為了將聚脲共型包覆到納米壓印模具的結(jié)構(gòu)層，經(jīng)過大量的研究和探索，確定了采用分子層沉積的方式在納米壓印模具結(jié)構(gòu)層包覆聚脲薄膜的方案。與其他沉積方式相比，一方面，分子層沉積自限生長特性確保了優(yōu)異的厚度一致性；另一方面，在分子層沉積中，通過選擇特定的前驅(qū)體，利用官能團(tuán)之間的相互反應(yīng)使得化學(xué)成分精確調(diào)整成為可能，進(jìn)而在納米壓印模具結(jié)構(gòu)層表面原位制備獲得高性能、均勻包覆的納米級(jí)聚脲薄膜，實(shí)現(xiàn)對(duì)于結(jié)構(gòu)層抗沖擊性能的提升。

9、進(jìn)一步地，步驟s1中，通過電子束或激光束刻蝕加工，得到納米壓印模具結(jié)構(gòu)層。具體地，電子束或激光束刻蝕加工過程包括光刻膠涂覆、激光直寫、刻蝕、清洗去膠等步驟。

10、進(jìn)一步地，步驟s1中，在將納米壓印模具轉(zhuǎn)移至沉積腔室中之前，還包括對(duì)納米壓印模具結(jié)構(gòu)層進(jìn)行等離子體清洗，以獲得潔凈的表面。優(yōu)選地，等離子體清洗的氣體源為氬氣，氣體的流速為10-30?sccm，等離子體的功率密度為1-20w/cm2。合適的氣體流速和功率既可以避免清洗過程中對(duì)納米壓印模具表面造成損傷，又能夠確保徹底的清洗效果。

11、進(jìn)一步地，步驟s1中，納米壓印模具的材料包括si、sio2、ni中的一種。制備納米壓印模具結(jié)構(gòu)層的過程中，電子束或激光束的能量參數(shù)由刻蝕的模具材料來選擇確定。

12、進(jìn)一步地，沉積腔室的溫度為25-120℃。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，沉積腔室的溫度決定了聚脲薄膜沉積的效果，當(dāng)溫度低于上述范圍，薄膜的沉積范圍不足，難以完全覆蓋表面，影響模具抗沖擊性；而當(dāng)溫度高于上述范圍，薄膜沉積厚度過大，對(duì)壓印結(jié)構(gòu)形貌及精度產(chǎn)生影響，還會(huì)使模具產(chǎn)生熱膨脹、熱變形和表面應(yīng)力等問題。

13、進(jìn)一步地，載氣包括氮?dú)?、氦氣、氬氣中的一種。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)載氣的流量過低時(shí)，會(huì)造成進(jìn)氣口較遠(yuǎn)的區(qū)域無法沉積，而較近區(qū)域沉積厚度過大的問題；而當(dāng)載氣的流量過高時(shí)，前驅(qū)體不能及時(shí)附著在襯底上，會(huì)導(dǎo)致沉積失敗。優(yōu)選地，步驟s2和s3中，控制載氣的流量為25-100?sccm。

14、優(yōu)選地，清掃氣體可以與載氣選擇相同種類的氣體，并保持相同的流量，以便于實(shí)際操作。

15、進(jìn)一步地，步驟s3中，二胺類前驅(qū)體包括1,2-乙二胺、n（2-氨基乙基）-1,2-乙二胺、n,n-二（2-氨基乙基）-1,2-乙二胺中的一種或多種的組合。

16、進(jìn)一步地，第一前驅(qū)體和第二前驅(qū)體在相同載氣流量下，通入的時(shí)間之比為1:1-2:1。優(yōu)選地，單次循環(huán)中，第一前驅(qū)體的進(jìn)氣時(shí)長為200-300s，清掃時(shí)間為100-200s，第二前驅(qū)體的進(jìn)氣時(shí)長為100-300s。

17、在本發(fā)明中，通過合理控制沉積腔室內(nèi)的反應(yīng)溫度、氣體流速和反應(yīng)時(shí)間，促進(jìn)聚脲薄膜沉積的均勻性，有利于獲得包覆效果更好、精度更高的帶有抗沖擊層的納米壓印模具。

18、進(jìn)一步地，步驟s4中，所述循環(huán)的次數(shù)為6-10次，循環(huán)的次數(shù)決定了聚脲薄膜的厚度。本發(fā)明制得的聚脲薄膜的厚度為3-5?nm，當(dāng)厚度低于上述范圍，對(duì)納米壓印模具抗沖擊性的提升不足，而如果厚度過高，會(huì)影響結(jié)構(gòu)層的形狀，降低壓印的精度。

19、本發(fā)明實(shí)現(xiàn)目的之二采用的技術(shù)方案是：提供一種基于聚脲增強(qiáng)抗沖擊性的納米壓印模具，由根據(jù)本發(fā)明目的之一所述的制造方法制得。

20、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：

21、（1）本發(fā)明提供的基于聚脲增強(qiáng)抗沖擊性的納米壓印模具的制造方法，在納米壓印模具結(jié)構(gòu)層沉積聚脲薄膜，利用聚脲薄膜抵抗壓印過程中產(chǎn)生的沖擊，防止壓印過程中模具產(chǎn)生裂紋或斷裂等缺陷，增強(qiáng)納米壓印模具抗沖擊性，提升納米壓印模具的使用壽命，降低成本。

22、（2）本發(fā)明提供的基于聚脲增強(qiáng)抗沖擊性的納米壓印模具的制造方法，通過分子層沉積方式獲得的聚脲薄膜厚度更加均勻，防止影響模具壓印精度。

23、（3）本發(fā)明制得的基于聚脲增強(qiáng)抗沖擊性的納米壓印模具，結(jié)構(gòu)層表面均勻共型包覆的聚脲薄膜相比si、sio2或ni等模具材料具有更強(qiáng)的疏水性，有助于減少模具脫模時(shí)與壓印膠的粘連，確保壓印出的結(jié)構(gòu)或器件的質(zhì)量和精度。

技術(shù)特征：

1.一種基于聚脲增強(qiáng)抗沖擊性的納米壓印模具的制造方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造方法，其特征在于，步驟s1中，通過電子束或激光束刻蝕加工，得到納米壓印模具結(jié)構(gòu)層。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造方法，其特征在于，步驟s1中，納米壓印模具的材料包括si、sio2、ni中的一種。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造方法，其特征在于，沉積腔室的溫度為25-120℃。

5.?根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造方法，其特征在于，載氣包括氮?dú)?、氦氣、氬氣中的一種，載氣的流量為25-100?sccm。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造方法，其特征在于，步驟s3中，二胺類前驅(qū)體包括1,2-乙二胺、n（2-氨基乙基）-1,2-乙二胺、n,n-二（2-氨基乙基）-1,2-乙二胺中的一種或多種的組合。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造方法，其特征在于，第一前驅(qū)體和第二前驅(qū)體在相同載氣流量條件下，通入的時(shí)間之比為1:1-2:1。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制造方法，其特征在于，單次循環(huán)中，第一前驅(qū)體的進(jìn)氣時(shí)長為200-300s，清掃時(shí)間為100-200s，第二前驅(qū)體的進(jìn)氣時(shí)長為100-300s。

9.?根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造方法，其特征在于，步驟s4中，循環(huán)的次數(shù)為6-10次，聚脲薄膜的厚度為3-5?nm。

10.一種基于聚脲增強(qiáng)抗沖擊性的納米壓印模具，其特征在于，由根據(jù)權(quán)利要求1-9中任一項(xiàng)所述的制造方法制得。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供一種基于聚脲增強(qiáng)抗沖擊性的納米壓印模具的制造方法，通過分子層沉積方式在納米壓印模具結(jié)構(gòu)層沉積聚脲薄膜，使聚脲薄膜均勻共型包覆在納米壓印模具的結(jié)構(gòu)層表面，以此通過聚脲薄膜抵抗納米壓印過程中產(chǎn)生沖擊，降低壓印模具所受到的沖擊力，防止壓印過程中模具產(chǎn)生裂紋或斷裂等缺陷，增強(qiáng)納米壓印模具抗沖擊性，延長納米壓印模具的使用壽命、降低成本。本發(fā)明制得的基于聚脲增強(qiáng)抗沖擊性的納米壓印模具，結(jié)構(gòu)層包覆的聚脲厚度均勻，相比于Si、SiO<subgt;2</subgt;或Ni等模具材料具有更強(qiáng)的疏水性，有助于減少模具脫模時(shí)與壓印膠的粘連，能夠確保壓印得到的結(jié)構(gòu)或器件的質(zhì)量和精度。

技術(shù)研發(fā)人員：李照東,陳超宇,劉勝,梁康,李九龍,姜有全,王麗容
受保護(hù)的技術(shù)使用者：武漢大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9