基于纳米压印技术的纳米机电器件制备及其性能研究

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自从纳米压印技术发明以来,其工艺步骤和应用探索逐渐成为微加工技术及相关领域的研究热点。纳米压印技术的基本原理是通过对压印模板和压印胶的物理挤压,将模板上的图案或结构复制到软化的压印胶中。然后通过光照、降温等手段使压印胶固化成型,实现图案和结构的复制与转移。纳米压印技术是一种高分辨的新型图案制备技术,具有快速大批量生产和低成本的特性,是具有竞争力的“下一代光刻技术”。本论文研究了纳米压印的基本工艺步骤,并开发出新的压印模板制备技术。结合纳米压印技术和传统的半导体加工技术,制备了一种具有悬臂阵列光栅结构的纳米机电器件,并对器件的性能进行了研究。论文的主要内容包括以下几个方面: 1.纳米压印基本工艺步骤的研究。以热压印技术为基础,摸索出从电子束曝光法制备压印模板,制备抗粘层,到甩胶、压印、刻蚀法除去压印胶残余层、金属蒸镀、剥离等一整套工艺步骤及相应的工艺参数。 2.开发出新的压印模板加工技术。采用扫描探针局域氧化技术,结合反应离子干法刻蚀或化学湿法刻蚀制备了纳米压印模板。这种模板加工技术在图案加工过程不需要使用光刻胶或者压印胶,过程简便。探索了该技术对高分辨图案模板的制备能力;利用扫描探针显微镜的闭环扫描控制系统,实现了多个图案的对准,制备了尺寸为100μm的模板。在制备高分辨模板图案的过程中,发现了扫描探针针尖锐化的现象,并利用这种现象制备具有高分辨图案制备和成像能力的针尖,同时也可以实现对针尖的重复利用。 3.应用纳米压印技术制备了具有悬臂阵列光栅结构的一种新型纳米机电器件。利用紫外光刻技术的套刻技术,结合纳米压印技术加工具有不同特征尺寸的图案,并通过调整反应离子束刻蚀对SiO2和Si的刻蚀参数,实现了这种悬臂阵列光栅结构的制备。 4.研究了悬臂阵列光栅结构的基本性能和可能应用。对器件的悬臂结构在不同电场作用下的偏转和振动进行了力学分析,并测试了静态和动态力学性质,实现了对器件偏转和振动的操作。并进一步探讨了这种纳米机电器件的潜在应用:器件的动作会引起的衍射、反射光强度变化,他们之间的相互对应关系可以用作质量传感器和可控光阀。
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