纳米模塑方法技术

纳米模塑方法，包括复制小于７纳米的特征尺寸的压印方法。该纳米模塑方法生产小于２纳米的所复制的特征的线边缘粗糙度。该纳米模塑方法包括以下步骤：ａ）形成其上形成有纳米级特征的第一基材，ｂ）将至少一种聚合物浇铸到该基材上，ｃ）将该至少一种聚合物固化，从而形成塑模，ｄ）从该第一基材移去该塑模，ｅ）提供其上施加有模塑材料的第二基材，ｆ）将该塑模压靠到该第二基材上，从而使该模塑材料与该塑模的形状一致，ｇ）将该模塑材料固化，和ｈ）从该具有固化的模塑材料的第二基材上移去该塑模，从而露出该第一基材的复制物。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】 专利
本专利技术涉及纳米模塑(nano-molding)方法。
技术介绍
用于制造具有纳米尺寸的结构的新型技术对纳米科学和技 术中的进展是至关重要的。由于对更小电子设备和生物分析装置的需 要已经增加，所以产生了对用于制造此类设备的改进的制造方法的需 要。该方法可以用于电子、磁性、机械和光学设备，以及用于生物和 化学分析的设备的制造。该方法可以用于，例如，限定微型电路的特 征和结构，以及光波导和部件的结构和操作特征。这些方法还可以在半导体工业中发挥重要作用，替代常规 的投影模式光刻法，该投影模式光刻法的实际极限使得不可能达到小 于45纳米的尺寸下的分辨率。投影模式光刻法是构图特征的方法，其 中将光致抗蚀剂的薄层施加到基材表面并将该抗蚀剂的所选部分暴露 于光的图案下。然后将该抗蚀剂显影以使用于进一步加工例如蚀刻的 曝光过的基材的所需图案显露。该方法的困难是分辨率受在该抗蚀剂 和基材中散射的光的波长和该抗蚀剂的厚度和性能限制。结果，投影 模式光刻法不能用来经济地产生小于ioo纳米的特征尺寸。正在探索包括电子束、蘸水笔(dip pen)和纳米压印 (nano-imprint)技术的下一代石印(NGL )方法。电子束方法包括在 称作抗蚀剂的聚合物中产生图案，并使用基于短波长UV辐射或电子束 的显微石印(microlithography)。由于暴露在成像辐射下聚合物的 溶解度变化，使用溶剂除去该聚合物膜的一部分而形成图案。然而， 使用这些技术商业上大规模生产长度标度小于100nm的尺寸是昂贵的 并且可能使用非常特殊的成像工具和材料来进行。NGL技术中，使用塑模将特征压印到薄聚合物膜中的那些4已经引起相当多的注意。虽然与光刻技术相关联的明确定义的光学器件使它们的分辨率得到精确规定成为可能，但是基于纳米模塑的NGL 的分辨率极限确定起来难得多。支配模塑方法的不确定的聚合物物理 性质和没有可靠的方法来评价长度小于5纳米下的分辨率代表对目前 技术的一些限制。因此，本领域中需要一种，该方法解决上述 问题并且能够用来生产具有小于10纳米的横向和垂直尺寸的浮雕结 构(relief structure)。本领域中还需要这样一种方法，该方法j吏 检验由该方法生产的部件上的尺寸成为可能。专利技术概述，包括复制小于7納米的特征尺寸(features sizes )的压印方法。该生产小于2纳米的所复制的特征 的线边缘粗糙度。该包括以下步骤a)形成其上形成有 纳米级(nano-scale)特征的第一基材，b )将至少一种聚合物浇铸到 该基材上，c)将该至少一种聚合物固化从而形成塑模，d)从该第一 基材上移去该塑模，e)提供其上施加有模塑材料的第二基材，f )将 该塑模压靠到该第二基材上从而使该模塑材料与该塑模的形状一致， g)将该模塑材料固化，和h)从该具有固化的模塑材料的第二基材上 移去该塑模，从而露出第一基材的复制物。附图简述图l是本专利技术的的图示；图2 (a-d)是第一基材的单壁碳管的原子力显微图像(a) 和由本专利技术的方法生产的三个独立的复制物的原子力显微图像(b-d);图3(a-c)包括由本专利技术的方法形成的复制物的原子力显 微图像(a )和两个透射电子显微镜图像， 一个是由本专利技术的方法形成 的复制物(b)，和第一基材的单壁碳管(c);图4 (a-h)包括在与直径为2、 1.3和0. 9纳米的各个碳 納米管相联系的模塑材料中形成的特征的高度曲线图(a)，复制物上 特征的长度平均高度作为单壁碳纳米管直径的函数的曲线图(b)，直径为2、 1.3和0. 9的各个碳纳米管的原子力显微图像(c-e)，和与 直径为2、1. 3和0. 9的各个碳纳米管相联系的复制物的原子力显农史图 像(f-h )。优选实施方案的详细描述参照附图说明图1，示出了本专利技术的的图示。该方法 包括以下步骤a)形成其上形成有纳米级特征的第一基材，b)向该 第 一基材浇铸至少 一种聚合物，c )将该至少一种聚合物固化从而形成 塑模，d)从该第一基材上移去该塑模，e)提供其上施加有模塑材料 的第二基材，f )使该塑模压靠该第二基材从而使该模塑材料与该塑模 的形状一致，g)将该模塑材料固化，和h)从该具有固化的模塑材料 的第二基材上移去该塑模从而露出该第一基材的复制物。在本专利技术的优选方面，该第一基材是其上形成了单壁碳纳 米管(SWNT )的硅晶片。该硅晶片可以包括其上形成的二氧化硅(Si02) 层以促进该SWNT的粘附和形成。该第一基材还可以包括其它材料，例 如用电子束石印术、X射线石印术制成的塑模，或在塑料片材上的生 物材料。该第一基材优选包括小直径SWNT的高质量亚单层 (sub-monolayers )，其充当纳米塑模可以由其构造的模板。该管的 圆柱形横截面和高的长径比、它们的尺寸在许多微米长度上的原子尺 寸均匀性、它们的化学惰性和在基材范围上的大面积上大量生长或沉 积的能力使得所述SWNT适合用于本专利技术的方法。可以使用基于甲垸的化学气相沉积并使用较高浓度的铁蛋 白催化剂形成SWNT。所形成的SWNT可以具有0. 5-10nm的直径，并且 优选具有0. 5-5nm的直径和在Si02/Si晶片上的1-10个管/m2的覆盖 度。该管的直径的连续范围和它们较高但为亚单层的覆盖度使得它们 对于评价分辨率或尺寸极限是理想的。SWNT的圆柱形几何形状使它们 的尺寸可简单地通过它们高度的原子力显微镜(AFM)测量值表征。该 SWNT通过范德华粘合力与Si02/Si晶片结合，当如下面将更详细讨论 那样将固化的聚合物塑模剥离时，该范德华粘合力以足够的强度将该SWNT与该基材结合以防止它们的移去。优选地，该SWNT在大区域上 没有聚合物残余，从而使复制该第一基材上形成的高分辨率特征成为 可能。缺少聚合物残余表明该塑模不污染母体(master),因此塑模 中的特征起因于真实的复制而不是材料破坏。任选地，在该第一基材 上形成的SWNT可以包括其上施加的硅烷层，以充当脱模剂，从而防止 用来形成第一基材的塑模的聚合物粘附。在形成该第一基材后，向该第一基材浇铸至少一种聚合物 并且固化以形成塑模。在本专利技术的优选方面，该塑模是具有多个聚合 物层的复合塑模。向该第一基材施加的第一层是基于聚二甲基硅氧烷 的较高模量(~ lOMPa )弹性体(h-PDMS )。该h-PDMS优选通过将乙 烯基甲基硅氧烷-二甲基硅氧烷、1， 3， 5, 7-四乙烯基-1， 3， 5, 7-四甲基 环四硅氧烷和铂催化剂混合来制备。接下来，添加甲基氢硅氧烷-二甲 基硅氧烷并混合，从而形成h-PDMS的预聚物混合物。该h-PDMS的预 聚物混合物可以通过旋转浇铸(spin casting)或者通过在该第一基 材上沉积该h-PDMS的预聚物混合物来浇铸。通过铂催化剂使该h-PDMS 的预聚物混合物部分地固化，该铂催化剂引起S i H键加成到该h-PDMS 的预聚物混合物中的乙烯基间，从而形成SiCH2-CH2-Si键(亦称氢化 硅烷化)。该h-PDMS的预聚物混合物中基料(base)和交联低聚物两 者上的多个反应部位使3D交联成为可能，从而阻止键接原子之间的相 对移动。该h-PDMS的预聚物混合物的低粘度(在室温下为~ 1000cP本文档来自技高网...

【技术保护点】
纳米模塑方法，包括：　能够生产复制物的压印方法，其中线边缘粗糙度小于２纳米。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1. 纳米模塑方法，包括能够生产复制物的压印方法，其中线边缘粗糙度小于2纳米。2. 权利要求1的纳米模塑方法，其中该压印方法能够复制至少一 种具有小于7纳米的最小横向尺寸的特征。3. 权利要求1的纳米模塑方法，其中材料的由峰-谷表面粗糙度测 定的固有表面粗糙度小于2纳米。4. 权利要求2的纳米模塑方法，其中材料的由峰-谷表面粗糙度测 定的固有表面粗糙度小于2纳米。5. 权利要求1的纳米模塑方法，包括以下步骤a) 形成其上形成有纳米级特征的第一基材；b) 向该第一基材浇铸至少一种聚合物；c) 将该至少一种聚合物固化，从而形成塑模；d) 从该第一基材上移去该塑模；e) 提供其上施加有模塑材料的第二基材；f )将该塑模压靠到该第二基材上，从而使该模塑材料与该塑模的 形状一致；g) 将该模塑材料固化；h) 从该具有固化的模塑材料的第二基材上移去该塑模，从而露出该第一基材的复制物。6. 权利要求5的纳米模塑方法，其中浇铸和固化该至少一种聚合 物的步骤包括以下步骤a) 将第一聚合物浇铸到该第一基材上；b) 将该第一聚合物部分地固化；c) 将第二聚合物施加到该第一聚合物上；d) 将该第一和第二聚合物固化，从而形成复合塑模。7. 权利要求6的纳米模塑方法，其中该笫一聚合物包含h-聚二...

【专利技术属性】
技术研发人员：J罗杰斯，华峰，A施姆，
申请(专利权)人：陶氏康宁公司，伊利诺伊大学董事会，
类型：发明
国别省市：US[美国]