【摘 要】
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金自支撑透射光栅是X射线和极紫外波段非常重要的光学器件,可以广泛应用于X射线激光实验诊断、激光惯性约束核聚变等离子体诊断以及X射线天体物理学等领域。目前制备亚微米或
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金自支撑透射光栅是X射线和极紫外波段非常重要的光学器件,可以广泛应用于X射线激光实验诊断、激光惯性约束核聚变等离子体诊断以及X射线天体物理学等领域。目前制备亚微米或者纳米光栅的方法主要采用全息光刻或者电子束光刻,但是全息光刻设备昂贵复杂,制作参数需要长时间摸索,电子束光刻的加工效率则太低,难以制备大面积的结构。而纳米压印具有低成本、高分辨率、大面积等优点,适用于光栅结构的复制。本文设计了通过纳米压印技术结合电镀金、真空镀膜、光刻、干法刻蚀、湿法刻蚀等工艺制备金自支撑光栅的实验流程,并对实验中遇到的各个问题进行了讨论。实验中,首先在洁净硅片上蒸镀5 nm的铬和10nm的金作为导电层,之后通过紫外固化纳米压印的方法将结构转移到胶层中,并通过电感耦合等离子体刻蚀去除残余层,得到裸露出金衬底的高分子光栅结构,随后通过亚硫酸盐镀金工艺使金沉积在胶光栅之间的沟槽中,之后使用溶剂洗去胶光栅就得到了金的纳米光栅结构。在已经制得的金纳米光栅结构上再通过光刻工艺得到微米级的光刻胶光栅结构进行二次电镀,洗去光刻胶,这样就得到了微纳复合的金自支撑光栅结构,最后通过氢氟酸腐蚀掉背后的硅衬底,得到最终的金自支撑光栅。另一方面,纳米压印目前使用的硅模板价格昂贵且热压过程中容易碎裂,很难进行多次压印,这相应增加了纳米压印的成本,限制了纳米压印在工业生产中的应用,因此需要提供足够多的价格低廉的纳米压印模板。作为纳米压印模板材料应当具有较高的机械强度、良好的防粘特性、较高的熔点、良好的热传导率以及低的热膨胀系数,金属镍价格低廉,同时满足上述要求,并且金属镍的电镀工艺在工业界已经发展的比较成熟,便于大量生产。本文研究了可用于纳米压印的镍模板的制备工艺,通过直接在自制硅模板上电铸后溶解硅、浇筑紫外光固化材料CN975的模板电铸脱模、在柔性衬底上压印结构后电铸脱模三种方法得到了与硅模板结构相同或互补的镍模板。本文还研究了电镀镍工艺和电镀参数对电镀镍的影响,调整了电镀镍的参数,最后通过氨基磺酸镍电镀工艺得到基本无应力的镍模板,并用制得的镍模板进行热压纳米压印,将镍模板上的微结构成功转移到柔性衬底上,实现了大面积完整的图案复制。
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