阳离子型纳米压印胶和复合纳米压印模板的研究

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相比于传统光刻技术而言,纳米压印技术作为一种具有超高分辨率、高产量、低成本的全新纳米图形转移方法,它没有光学曝光中的衍射现象问题,同时与光刻技术相比,它可以复制分辨率更高的纳米图形,最小尺寸已经达到5nm以下。作为近十几年来微纳加工方向最为活跃的一个领域之一,纳米压印在很多地方已经得到了应用,如制作纳米电子元件、生物器件、超高存储密度磁盘及光学元件等,现在正在往产业化的道路发展。  但是任何一种新技术都是需要一个漫长的研究过程才能得到发展的,作为纳米压印的三大要素:纳米压印胶、纳米压印模板以及纳米压印设备一直是科研人员研究的热门问题,本文着重从纳米压印胶和纳米压印模板入手,发展了一种新型的基于阳离子聚合的紫外纳米压印胶以及一种三层(三明治结构)复合纳米压印模板。  基于自由基聚合的丙烯酸酯类树脂的紫外光纳米压印材料目前得到了广泛的使用,但是它有一个很致命的缺点就是它不能在空气中固化,因为氧气对它具有严重的阻聚作用。针对这一缺点,我们发展了一种基于阳离子聚合型环氧改性的聚甲基硅氧烷紫外光固化纳米压印胶材料。通过含氢硅油与4-乙烯基-1,2环氧环己烷在催化剂的作用下的硅氢加成反应合成了一种基于阳离子聚合的环氧改性聚甲基硅氧烷。我们通过控制含氢硅油的含氢量用两种方法合成了不同环氧官能度与粘度的目标聚合物,加入一定的氧离子型光引发剂以及活性稀释剂后,可配置成纳米压印胶溶液。实验表明,这类环氧改性聚甲基硅氧烷具有良好的机械力学性能、高的抗氧反应离子刻蚀能力以及可在空气中聚合的一系列优良的物理化学性能。它可以获得分辨率30nm以下的高纵宽比纳米结构。同时利用环氧基团在室温条件下,反应速率慢、转化率低的特性,我们发展了紫外光辅助、热固化的纳米压印工艺,通过紫外光分解引发剂,产生质子酸,然后在加热条件下,使环氧材料快速固化,热固化的时间可到达数10秒以内。  纳米压印是一种物理接触式的图形复制过程,所以广泛存在于压印环境中的各种颗粒容易造成大面积缺陷,是阻碍纳米压印进一步应用的关键问题之一。为了解决这个难题,我们制备了一种新型的纳米压印模板——三明治结构复合模板,模板由三层结构构成:支撑层、缓冲层、结构层。通过对不同大小、不同形状颗粒的压印,我们发现三明治模板对颗粒具有很高的容忍度,它可以将颗粒带来的缺陷局限到最小的范围内,甚至连颗粒上都可以复制上结构,有效的解决了上述问题。
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