选择性纳米颗粒组装系统和方法技术方案

本发明专利技术公开了一种用于将干燥或半干燥的纳米颗粒转移至基底上的方法和系统。在一个实施方案中，这包括以下步骤：提供具有弹性印模的辊；将与供体基底的表面接触的干燥或半干燥状态的纳米颗粒从所述供体基底转移至所述弹性印模上；以及通过将所述弹性印模滚动到受体基底上，使所述干燥或半干燥的纳米颗粒从所述弹性印模沉积到所述受体基底上。在其它实施方案中，所述基底可以具有浮雕结构。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及在基底上形成材料层的系统和方法，特别是在非平面基底上形成纳米颗粒图案的系统和方法。
技术介绍
在微电子器件、光学器件、传感器和生化传感器等领域中，这些器件要求材料的图案化，所述材料可以是导电的、半导电的或电介质材料。传统技术利用光刻エ艺来形成图案。但是，这种传统技术需要大量的操作步骤、相对高端的器材/材料，并且消耗时间。例如，根据光刻技术，将负性或正性光敏抗蚀剂涂覆在基底上的导电、半导电或绝缘材料的薄膜上。然后以所期望的图案对光敏抗蚀剂进行照射，并洗去部分抗蚀剂(某些情况下为照 射部分，另ー些情况下为非照射部分)。然后除去没有被残余的光敏抗蚀剂所覆盖的导电、半导电或绝缘材料，接着除去残余的光敏抗蚀剂，以形成所述导电、半导电或绝缘材料的图案。基底上残留的为导电、半导电或绝缘材料的图案。如上所述，这种光刻技术需要大量的操作步骤，并且花费大量的时间。此外，使小特征(例如小于IOOnm)显影以及在非平面基底上图案化对于这种光刻技术而言仍然构成挑战。对于制造微结构而言，已经提出一些非光刻技术。例如软光刻技术被用来制备微结构，在所述软光刻技术中，有微接触印刷法(U CP)、复制模塑法(REM)、压印法等。接触印刷法是ー种用于形成图案化材料的柔性非光刻方法。微接触印刷法(例如)可以将微颗粒的图案赋予到基底表面上。Whitesides等人的美国专利No. 6，180, 239公开了ー种在表面上形成图案化自组装单层的方法，并提供了衍生制品。根据ー个方法，在使用印模(stamp)将自组装分子单层印刷在表面上的过程中和/或之前，弾性印模发生变形。根据另ー个方法，在单层印刷期间，使表面接触与形成分子单层的物质不相容的液体，从而引起所述单层在表面上的受控反应铺展。提供了在非平面表面上印刷自组装分子单层的方法以及衍生制品，例如对具有自组装单层的图案化表面进行蚀刻的方法，包括对硅进行蚀刻的方法。提供了包括柔性衍射光栅、反射镜和透镜在内的光学元件，例如使用光刻成形以形成光学器件和其它制品的方法。提供了对制品表面上液体的形状进行控制的方法，该方法涉及将液体施加到表面上的自组装单层上，并对表面的电位进行控制。Schueller等人的美国专利No. 7，338，613公开了ー种微接触印刷的自动化工艺，包括下列步骤提供基底和印模；自动将基底和印模对准，以使印模相对于基底对齐，从而将图案以基底上的期望取向赋予到基底上的期望位置处；将印墨涂到印模上，所述印墨包括适合在基底上形成自组装单层(SAM)的分子种类；使印模和基底接触；以及使印模与基底分离。另外，微接触印刷技术由于程序较简化，根本不需要旋转涂布设备或后续的显影步骤，因此与传统的光刻エ艺相比，成本较低，并且用时较短。这些技术使用弾性印模来转印图案，并且在将“印墨”分子通过接触而转印至基底表面吋，形成SAM图案。通常，在金上形成烷烃硫醇盐SAM，并且可以将其广泛地运用于微电子领域。图案化的印墨基本上形成于平的表面上，而对于在非平面基底上的试验则报道得非常少，在非平面基底上进行的试验中，采用U CP通过使用十六烧硫醇、然后在氰化物的水溶液中进行选择性蚀刻而在镀金玻璃毛细管上形成金的图案。SAM印刷能够生成高分辨率的图案，但是通常局限于通过硫醇化学药品形成金或银的金属图案。硫醇化学药品一般与分散剂联用。在SAM印刷中，弾性印模提供的正浮雕图案被印墨印到基底上。弾性印模(通常由 聚ニ甲基硅氧烷(PDMS)制成)的浮雕图案上的印墨具有SAM分子，例如硫醇材料。这通常是必需的，因为如果没有分散剂，则所述硫醇材料往往不期望地发生聚集。基底涂覆有金或银的金属薄膜。然后使涂覆有金或银的基底与印模接触，其中具有期望的微电路图案(例如，浮雕图案)的单层硫醇材料被转印到金属膜上。然后当在例如分批蚀刻エ艺中对基底进行蚀刻吋，SAM充当抗蚀剂。然后将SAM未保护的金属区域蚀刻掉直至抵达下面的基底。然后，除去SAM而留下呈现出期望图案的金属。然而，利用硫醇化学药品的微接触印刷的缺点是仅局限于少数金属，且分辨率仅为或仅大约为50微米以下。其它缺点是待印刷材料无法有效地润湿印模表面，从而使得在基底上形成不完整的材料图案。
技术实现思路
希望提供ー种直接将功能性材料转移至基底上的方法和系统。所述功能性材料可以是导电的、半导电的、和/或电介质或其它绝缘材料。在一些实施方案中，本专利技术的方法为免光刻的(photolithography-free)微接触印刷法。下面将对本专利技术进行更详细地描述，本专利技术的ー个方面是ー种将干燥或半干燥的纳米颗粒转移至基底上的方法，包括以下步骤提供具有弾性印模的辊；将与供体基底的表面接触的干燥或半干燥状态的纳米颗粒从供体基底转移至弾性印模上；通过将弹性印模滚动到受体基底上，使干燥或半干燥的纳米颗粒从弹性印模沉积到受体基底上。在一个实施方案中，从供体基底转移纳米颗粒的步骤包括将弹性印模滚动到供体基底上的エ序。该滚动エ序有效地将与供体基底接触的纳米颗粒转移至辊的表面。在ー个实施方案中，纳米颗粒为干燥状态。在一个实施方案中，基底是非平面基底。在一个实施方案中，弾性印模具有浮雕结构，该浮雕结构包括第一图案，从而使纳米颗粒以第一图案沉积于表面上。在一个实施方案中，这种将干燥或半干燥的纳米颗粒转移至基底的方法所用的时间少于10秒、或少于5秒、或少于I秒。在另ー个方面中，本专利技术为将干燥或半干燥的纳米颗粒转移到受体基底的方法，包括以下步骤提供具有弾性印模的辊，所述弹性印模具有第一浮雕结构；将与供体基底表面接触的干燥或半干燥状态的纳米颗粒从供体基底转移至弾性印模上；以及通过将弹性印模以预定的方向滚动到具有第二浮雕结构的受体基底上，使干燥或半干燥的纳米颗粒从弹性印模沉积至受体基底上。在一个实施方案中，第一浮雕结构能够形成纳米颗粒的第一图案。第二浮雕结构能够形成纳米颗粒的第二图案。然而，辊沿着预定方向进行的滚动将纳米颗粒以第三图案转移至受体基底上。该图案在一个实施方案中是不同于第一图案或第二图案的。即使在第 一图案和第二图案实质上相同时，也能完成上述エ序。在一些实施方案中，第一图案和第二图案是不同的。在一个实施方案中，从供体基底上转移纳米颗粒的步骤包括将弹性印模滚动到供体基底上的エ序。该滚动エ序有效地将与供体基底接触的纳米颗粒转移至辊的表面。在一个实施方案中，纳米颗粒为干燥状态。在一个实施方案中，基底是非平面基底。在一个实施方案中，这种将干燥或半干燥的纳米颗粒转移至基底的方法所用的时间少于10秒、或少于5秒、或少于I秒。在又ー个方面，本专利技术是通过至少两种纳米颗粒将基底图案化的方法，该方法包括以下步骤提供具有第一弾性印模的辊，该第一弾性印模具有第一浮雕结构，该第一浮雕结构能够形成纳米颗粒的第一图案；将与第一供体基底的表面接触的干燥或半干燥状态的第一种纳米颗粒从所述第一供体基底转移至第一弾性印模上；通过将第一弾性印模沿第一预定方向滚动到受体基底上，将第一种纳米颗粒从第一弾性印模沉积至受体基底上；提供具有第二弾性印模的辊，该第二弾性印模具有第二浮雕结构，该第二浮雕结构能够形成纳米颗粒的第二图案；将与第二供体基底的表面接触的干燥或半干燥状态的第二种纳米颗粒从第二供体基底转移至第二弾性印模上；以及通过将第二弾性印模沿本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：尚塔尔·巴德尔，让保罗·查普尔，杨澍，让克里斯托夫·卡斯坦，
申请(专利权)人：罗地亚管理公司，法国国家科学研究中心，宾夕法尼亚大学理事会，
类型：
国别省市：