一种微纳结构及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种微纳结构及其制备方法，微纳结构的制备方法包括：在基底的一侧表面形成光刻胶层，光刻胶层的材料为正性光刻胶；形成覆盖光刻胶层的聚光层，聚光层包括单层阵列排布的若干聚光微球，聚光微球的粒径为微米级或纳米级，在预设波长时聚光微球的焦深大于光刻胶层的厚度；以预设波长的曝光光束对光刻胶层进行曝光，曝光光束经由聚光微球形成的曝光区域包括中心区以及位于中心区外围的边缘区，中心区的曝光剂量小于预设曝光剂量，边缘区的曝光剂量大于等于预设曝光剂量；去除聚光微球；显影，得到阵列排布的微纳尺度的若干环形通孔。制备方法简单，对设备精度的要求较低，具有较大的可调控程度，能够得到不同结构和性能的微纳结构。微纳结构。微纳结构。

【技术实现步骤摘要】
一种微纳结构及其制备方法


[0001]本专利技术涉及微纳结构
，具体涉及一种微纳结构及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着科技的进步和观测技术的发展，受动植物表面特异功能的启发，人们发现通过在材料表面构造不同的微观结构，可以实现对材料的光学、润湿性、化学、生物学和机械性能等多种性能的调控，例如，可以使材料表面具备超疏水、耐磨减摩、陷光等特性。这在航空航天、微电子、生物材料、汽车、能源等
具有巨大的应用前景和技术价值。
[0003]随着对表面微纳结构的研究，对制造技术提出了更高的要求。现有的微纳结构制备工艺主要有：光刻技术、飞秒激光加工技术、等离子蚀刻、沉积法和微纳增材制造技术等。为了制备微纳结构，传统光刻技术通常需要昂贵的设备、复杂的制备工艺，且加工面积较小，这也限制了制备效率。

技术实现思路

[0004]因此，本专利技术要解决的技术问题在于克服现有光刻技术制备微纳结构的方法较为复杂且对设备要求高的缺陷，从而提供一种微纳结构及其制备方法。
[0005]本专利技术的第一方面提供了一种微纳结构的制备方法，包括：提供基底；在基底的一侧表面形成光刻胶层，光刻胶层的材料为正性光刻胶；形成覆盖光刻胶层的聚光层，聚光层包括单层阵列排布的若干聚光微球，聚光微球的粒径为微米级或纳米级，在预设波长时所述聚光微球的焦深大于所述光刻胶层的厚度；以预设波长的曝光光束对光刻胶层进行曝光，曝光光束经由聚光微球汇聚至光刻胶层并在光刻胶层形成曝光区域，曝光区域包括中心区以及位于中心区外围的边缘区，曝光光束直接照射至光刻胶层并于显影后使光刻胶层完全去除的曝光剂量为预设曝光剂量，中心区的曝光剂量小于预设曝光剂量，边缘区的曝光剂量大于等于预设曝光剂量；在对光刻胶层进行曝光后，去除聚光微球；去除聚光微球之后，对光刻胶层进行显影。
[0006]可选的，所述曝光光束的曝光剂量为1.75mJ/cm2～35mJ/cm2。
[0007]可选的，曝光的工艺参数包括：曝光光束的光照强度为1.75mW/cm2～35mW/cm2，曝光时间为1s～20s。
[0008]可选的，预设波长为350nm～600nm。
[0009]可选的，聚光微球的折射率为1.48～1.62。
[0010]可选的，聚光微球的材料为聚苯乙烯或二氧化硅。
[0011]可选的，形成覆盖所述光刻胶层的聚光层的工艺包括液气界面自组装工艺。
[0012]可选的，聚光微球的直径为100nm～10μm。
[0013]可选的，曝光光束垂直入射至聚光层；或者，曝光光束倾斜入射至聚光层。
[0014]可选的，曝光光束与聚光层的表面呈50
°
～130
°
。
[0015]可选的，所述曝光光束垂直入射至所述聚光层。
[0016]可选的，光刻胶层的厚度为100nm～2μm。
[0017]本专利技术的第二方面提供了一种微纳结构，包括：基底；位于基底的一侧表面的图案化层，图案化层包括阵列排布的若干通孔，通孔呈环形，通孔的外圈的尺寸为微米级或纳米级。
[0018]可选的，通孔的外圈的尺寸为300nm
‑
5000nm；通孔的内圈与外圈之间的最小距离为300nm
‑
1000nm。
[0019]可选的，通孔的形状包括圆环。
[0020]可选的，基底包括玻璃基底、金基底、银基底或硅基底。
[0021]本专利技术可以实现以下技术效果：
[0022]1.本专利技术提供的微纳结构的制备方法，通过在光刻胶层表面形成聚光层，光刻胶层的材料为正性光刻胶，聚光层包括单层阵列排布的若干聚光微球，且在预设波长时聚光微球的焦深大于光刻胶层的厚度，使得在以预设波长的曝光光束对光刻胶层曝光时，曝光光束能够经由聚光微球汇聚至光刻胶层并在光刻胶层形成特殊形状的曝光区域，且曝光区域的中心区的曝光剂量小于曝光区域的边缘区的曝光剂量，以使边缘区的曝光剂量达到预设曝光剂量的同时，中心区无法达到预设曝光剂量，进而在去除聚光微球并显影后，边缘区的光刻胶完全去除并暴露基底，中心区的至少部分厚度的光刻胶层保留，得到阵列排布的微纳尺度的若干环形的通孔，即，上述制备方法简单，不需要形成结构复杂的掩膜，具有较高的制备效率；同时，上述制备方法对设备精度的要求较低，不需要借助具有复杂透镜结构的步进扫描式光刻机，采用结构简单的曝光机即可完成微纳结构的制备，也易于实现大面积制备；此外，上述制备方法还具有较大的可调控程度，在微纳结构的制备过程中可以通过调控曝光光束的入射角度调控通孔的形状，通过调控聚光微球的材料和/或粒径调控通孔的尺寸，从而得到不同结构和性能的微纳结构，扩大了微纳结构的应用场景，具有较大的灵活性，并有利于增强微纳结构的应用效果。
[0023]2.本专利技术提供的微纳结构，具有阵列排布的微纳尺度的若干环形的通孔，在光学、电子学、声学、化学传感、生物传感等方面具有广泛应用。
附图说明
[0024]为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0025]图1为本专利技术实施例提供的微纳结构的制备方法的工艺流程图；
[0026]图2
‑
图7为本专利技术实施例提供的微纳结构制备过程中的结构示意图；
[0027]图8为本专利技术实施例提供的微纳结构的俯视图；
[0028]图9为本专利技术实施例提供的微纳结构的局部区域的扫描电镜图；
[0029]图10为本专利技术实施例制备聚光层的示意图；
[0030]图11为本专利技术实施例中聚光层的扫描电镜图；
[0031]图12为本专利技术实施例曝光过程的示意图；
[0032]附图标记说明：
[0033]1‑
基底；2
‑
光刻胶层；21
‑
图案化层；3
‑
聚光微球；4
‑
曝光光束；5
‑
曝光区域；6
‑
未曝光区域；7
‑
通孔；71
‑
内圈；72
‑
外圈；8
‑
预曝光结构。
具体实施方式
[0034]下面将结合附图对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0035]在本专利技术的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种微纳结构的制备方法，其特征在于，包括：提供基底；在所述基底的一侧表面形成光刻胶层，所述光刻胶层的材料为正性光刻胶；形成覆盖所述光刻胶层的聚光层，所述聚光层包括单层阵列排布的若干聚光微球，所述聚光微球的粒径为微米级或纳米级，在预设波长时所述聚光微球的焦深大于所述光刻胶层的厚度；以所述预设波长的曝光光束对所述光刻胶层进行曝光，所述曝光光束经由所述聚光微球汇聚至所述光刻胶层并在所述光刻胶层形成曝光区域，所述曝光区域包括中心区以及位于所述中心区外围的边缘区，所述曝光光束直接照射至所述光刻胶层并于显影后使所述光刻胶层完全去除的曝光剂量为预设曝光剂量，所述中心区的曝光剂量小于所述预设曝光剂量，所述边缘区的曝光剂量大于等于所述预设曝光剂量；在对所述光刻胶层进行曝光后，去除所述聚光微球；去除所述聚光微球之后，对所述光刻胶层进行显影。2.根据权利要求1所述的微纳结构的制备方法，其特征在于，所述曝光光束的曝光剂量为1.75mJ/cm2～35mJ/cm2；优选的，所述曝光的工艺参数包括：所述曝光光束的光照强度为1.75mW/cm2‑
35mW/cm2，曝光时间为1s～20s；优选的，所述预设波长为350nm～600nm。3.根据权利要求1所述的微纳结构的制备方法，其特征在于，所述聚光微球的折射率为1.48～1.62；优选的，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：马原，汪家道，余郭煦，李轩，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：