光电微器件的纳米压印制备研究
发布时间：2021-07-21 21:57
在半导体行业中,图案化技术至关重要。随着集成电路的高度小型化和集成化发展,作为目前半导体行业的核心技术,光刻技术面临着衍射极限带来的技术复杂化和制备成本大幅度提高的困难。纳米压印（NIL）作为一种具有高产量高精度的图案化工艺,被认为是克服半导体光刻技术衍射极限瓶颈最有希望的技术手段之一。然而,目前的NIL技术专注于对光刻胶图案的定义,光电子器件的制备涉及到许多复杂的工艺流程包括功能材料的沉积、聚合物的图案化、刻蚀和去胶等。这些繁琐的步骤为器件的制备带来了许多的不足之处:材料的浪费、较长的制备时间、刻蚀导致的窄的衬底材料选择范围等,限制了NIL技术的实际应用。为了解决这些问题,本论文利用NIL技术,直接对不同的功能材料进行图案化,直接在不同衬底上制备了光电子器件,大大缩短了器件的制备时间并降低了器件的制作成本,取得的主要成果如下:（1）基于准二维钙钛矿的稳定性偏振敏感光电探测器:利用传统的纳米压印方法,将准二维层状Ruddlesden-Popper钙钛矿的结晶过程限制在PDMS模板与衬底之间的微通道里,得到高结晶质量、形貌均匀、高度对齐的微米线晶体阵列。基于这种高质量的微米线晶体阵列,我...
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：141 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
纳米压印的流程示意图[25]
吉林大学博士学位论文4稳定图案后，释放模板，在衬底上留下大面积的与模板结构相反的图案。结合后续的刻蚀去胶等手段，使得模板的图案最终转移到衬底上。这一过程是整个纳米压印流程中最为关键的步骤，它决定了最后的产量以及质量。这一过程被学术界和工业界广泛地研究，取得了许多进步，使得纳米压印工艺不断地发展成为多种变体技术。这些技术大概可以分为三个大类：热纳米压印技术、紫外纳米压印技术和其他纳米压印技术。在接下来的小节中，将对这几种不同的纳米压印技术进行详细介绍。1.2.1热纳米压印技术在压印过程中，将衬底上的抗蚀剂薄膜通过加热到玻璃态温度以上的方式，使得抗蚀剂薄膜变得可流动起来，从而在压力作用下能够将模板凹槽填满，然后将温度降到抗蚀剂的玻璃化转变温度Tg以下，使其形成形状永久的固态，模板脱离以后，便在衬底上得到了与模板图案相符合的图案（图1.3）[33]。以上这种通过加热控制图案转移的方法称为热纳米压印技术。图1.3热纳米压印流程示意图[33]在热纳米压印中，抗蚀剂的设计十分重要。抗蚀剂首先需要具备易于旋涂在衬底上的特点，同时它还必须满足易于成型和便于脱模板过程的特点。通常会选择热塑材料作为纳米压印中的抗蚀剂，因为热塑聚合物材料不仅可溶于有机溶剂易于大面积均匀旋涂成膜，它们的形变容易程度还具有与温度相关的特点。如图1.4所示，通常热塑聚合物材料在Tg以下时处于玻璃态，流动性非常差，此时材料的杨氏模量几乎为一个常量，形变量非常小；当温度高于玻璃态转化温度Tg时，聚合物的链段发生局部运动，杨氏模量大幅度降低，但是整个链段仍然局限于聚合物网络中，形变量不是很大；温度继续上升，聚合物会处于一个橡胶-弹性
第一章绪论5体高原区域，此时固定于聚合物网络中的链段的伸缩，材料具有相对较大的形变，但是这种形变是可逆的，外力撤走之后形变是可恢复的，因此不适合用来作为压印的温度选择；继续升高温度，材料会处于可流动状态，此时的形变主要来源于聚合物中链段的滑动，这时的形变是不可逆的，外力撤走后会保持形变状态，因此这个温度区域非常适合作为热纳米压印的加热温度[27]。在热纳米压印技术中，通常选择比Tg大约高70-80℃的温度来作为加热温度[27]。图1.4热塑性聚合物变形情况与温度之间的关系[27]除了适合的抗蚀剂和加热温度之外，模板的选择、压力的大孝压印的时间均十分关键。选择合适的参数，可以大大提高工艺精度。如图1.5，Chou等人早在1997年就利用热纳米压印技术，在PMMA上实现了直径为10纳米的微孔阵列图案[34]。这一工作证明了热纳米压印技术的低成本、高产量和高效率等优势。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Nanoimprint lithography for the manufacturing of flexible electronics[J]. SHAO JinYou,CHEN XiaoLiang,LI XiangMing,TIAN HongMiao,WANG ChunHui,LU BingHeng. Science China（Technological Sciences）. 2019(02)
[2]用于海面目标探测的中波红外实时偏振成像系统研究[J]. 韩平丽,刘飞,魏雅喆,邵晓鹏. 红外与毫米波学报. 2018(06)
[3]碳材料基柔性可穿戴传感器（英文）[J]. 蹇木强,王春雅,王琪,王惠民,夏凯伦,訚哲,张明超,梁晓平,张莹莹. Science China Materials. 2017(11)
[4]Effect of Annealing on the Morphology,Structure and Photoelectric Properties of AZO/Pt/FTO Trilayer Films[J]. Li-Jing Huang,Nai-Fei Ren,Bao-Jia Li,Ming Zhou. Acta Metallurgica Sinica（English Letters）. 2015(03)
[5]纳米压印制备的光子晶体结构对AlGaN基材料深紫外出光效率的提高[J]. 蔡钧安,秦志新. 发光学报. 2014(08)
[6]基于热非线性效应的硅基串联双微环谐振腔全光开关[J]. 刘毅,仝晓刚,于晋龙,薛晨阳,王文睿,郭精忠,王菊,韩丙辰,杨恩泽. 中国激光. 2013(02)
硕士论文
[1]偏振敏感的有机无机杂化钙钛矿（CH3NH3PbI3）纳米线光电探测器[D]. 曾凯.华中科技大学 2017
[2]纳米压印工艺及模板制备的研究[D]. 傅欣欣.南京大学 2014
本文编号：3295835
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：141 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
纳米压印的流程示意图[25]
吉林大学博士学位论文4稳定图案后，释放模板，在衬底上留下大面积的与模板结构相反的图案。结合后续的刻蚀去胶等手段，使得模板的图案最终转移到衬底上。这一过程是整个纳米压印流程中最为关键的步骤，它决定了最后的产量以及质量。这一过程被学术界和工业界广泛地研究，取得了许多进步，使得纳米压印工艺不断地发展成为多种变体技术。这些技术大概可以分为三个大类：热纳米压印技术、紫外纳米压印技术和其他纳米压印技术。在接下来的小节中，将对这几种不同的纳米压印技术进行详细介绍。1.2.1热纳米压印技术在压印过程中，将衬底上的抗蚀剂薄膜通过加热到玻璃态温度以上的方式，使得抗蚀剂薄膜变得可流动起来，从而在压力作用下能够将模板凹槽填满，然后将温度降到抗蚀剂的玻璃化转变温度Tg以下，使其形成形状永久的固态，模板脱离以后，便在衬底上得到了与模板图案相符合的图案（图1.3）[33]。以上这种通过加热控制图案转移的方法称为热纳米压印技术。图1.3热纳米压印流程示意图[33]在热纳米压印中，抗蚀剂的设计十分重要。抗蚀剂首先需要具备易于旋涂在衬底上的特点，同时它还必须满足易于成型和便于脱模板过程的特点。通常会选择热塑材料作为纳米压印中的抗蚀剂，因为热塑聚合物材料不仅可溶于有机溶剂易于大面积均匀旋涂成膜，它们的形变容易程度还具有与温度相关的特点。如图1.4所示，通常热塑聚合物材料在Tg以下时处于玻璃态，流动性非常差，此时材料的杨氏模量几乎为一个常量，形变量非常小；当温度高于玻璃态转化温度Tg时，聚合物的链段发生局部运动，杨氏模量大幅度降低，但是整个链段仍然局限于聚合物网络中，形变量不是很大；温度继续上升，聚合物会处于一个橡胶-弹性
第一章绪论5体高原区域，此时固定于聚合物网络中的链段的伸缩，材料具有相对较大的形变，但是这种形变是可逆的，外力撤走之后形变是可恢复的，因此不适合用来作为压印的温度选择；继续升高温度，材料会处于可流动状态，此时的形变主要来源于聚合物中链段的滑动，这时的形变是不可逆的，外力撤走后会保持形变状态，因此这个温度区域非常适合作为热纳米压印的加热温度[27]。在热纳米压印技术中，通常选择比Tg大约高70-80℃的温度来作为加热温度[27]。图1.4热塑性聚合物变形情况与温度之间的关系[27]除了适合的抗蚀剂和加热温度之外，模板的选择、压力的大孝压印的时间均十分关键。选择合适的参数，可以大大提高工艺精度。如图1.5，Chou等人早在1997年就利用热纳米压印技术，在PMMA上实现了直径为10纳米的微孔阵列图案[34]。这一工作证明了热纳米压印技术的低成本、高产量和高效率等优势。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Nanoimprint lithography for the manufacturing of flexible electronics[J]. SHAO JinYou,CHEN XiaoLiang,LI XiangMing,TIAN HongMiao,WANG ChunHui,LU BingHeng. Science China（Technological Sciences）. 2019(02)
[2]用于海面目标探测的中波红外实时偏振成像系统研究[J]. 韩平丽,刘飞,魏雅喆,邵晓鹏. 红外与毫米波学报. 2018(06)
[3]碳材料基柔性可穿戴传感器（英文）[J]. 蹇木强,王春雅,王琪,王惠民,夏凯伦,訚哲,张明超,梁晓平,张莹莹. Science China Materials. 2017(11)
[4]Effect of Annealing on the Morphology,Structure and Photoelectric Properties of AZO/Pt/FTO Trilayer Films[J]. Li-Jing Huang,Nai-Fei Ren,Bao-Jia Li,Ming Zhou. Acta Metallurgica Sinica（English Letters）. 2015(03)
[5]纳米压印制备的光子晶体结构对AlGaN基材料深紫外出光效率的提高[J]. 蔡钧安,秦志新. 发光学报. 2014(08)
[6]基于热非线性效应的硅基串联双微环谐振腔全光开关[J]. 刘毅,仝晓刚,于晋龙,薛晨阳,王文睿,郭精忠,王菊,韩丙辰,杨恩泽. 中国激光. 2013(02)
硕士论文
[1]偏振敏感的有机无机杂化钙钛矿（CH3NH3PbI3）纳米线光电探测器[D]. 曾凯.华中科技大学 2017
[2]纳米压印工艺及模板制备的研究[D]. 傅欣欣.南京大学 2014
本文编号：3295835
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