基于模板技术微图案加工新方法及其应用

加工高精度的微米及纳米尺寸的图形结构在理论研究以及实际应用中都有非常重要的意义。由于传统的光刻技术本身的不足以及其他的先进刻蚀技术所具有的高成本，操作复杂等缺点，使得基于模板技术的微加工方法得到了人们的广泛关注。基于模板技术的微加工方法的低成本、高效率、设备简单、应用范围广等特点使得该类技术得到了很大的发展，但仍有一些问题急待解决，如现有模板微图案化方法主要制备与模板精度相同的图案,图形尺寸取决于原始模板。因此如何实现多层以及具有复杂化学或拓扑结构的微结构的制备，存在一定的挑战性。同时，随着有机光电功能信息材料及器件的快速发展，模板微图案化方法在该领域的应用也成为目前研究的热点。进一步发展低成本，高效率，不影响图案化材料性能以及适用于加工不同尺度结构的微加工方法，是我们需要解决的关键问题。 本论文在模板技术基础上，发展了以毛细力或机械黏附力等为图案化驱动力的多种聚合物以及金属微加工方法，主要内容如下： 我们发展了制备尺寸可调以及特殊聚合物结构的微加工方法。提出了溶剂辅助毛细力刻蚀技术制备尺寸可调聚合物图案。利用PDMS模板溶剂溶胀特性，以聚合物溶液的毛细力为图案加工驱动力，通过控制模板与聚合物薄膜的接触时间，实现了室温条件下可控尺寸聚合物图案加工。该方法可以多次加工制备复杂的聚合物结构。对于PDMS模板非溶胀性溶剂，我们直接利用聚合物溶液的毛细力作用，通过聚合物溶液浓度的调节，有效调控图形的尺寸以及形貌。我们引进冰模板技术，通过冰与水的可逆转变，制备了聚合物微球面结构。进一步利用该聚合物微球面结构加工了聚合物微透镜。通过对基底亲疏水性质的调节，实现不同曲率微透镜的制备。得到的微透镜具有较好的光学性能。 我们介绍了一种用环氧树脂为模板的热剥离技术进行聚合物图案化的方法。引进PDMS基板为图案加工的载体，在相对较大的压力下，PDMS基板发生较大的弹性形变，辅助聚合物薄膜在环氧树脂模板图案边缘处发生断裂或弱化过程。在相对较高的温度下，聚合物薄膜与环氧树脂模板之间形成了紧密的结合，与环氧树脂模板接触的聚合物薄膜被选择性剥离。它是一种以机械粘附力为图案加工驱动力的方法，适用于多种聚合物材料。与其它打印技术相比，该方法的一个显著的优点是得到的分离聚合物图案可以进行传递打印。应用于以聚合物材料为绝缘层的有机晶体管加工，可以有效避免半导体材料旋涂过程中溶剂对绝缘层的影响，提高器件性能。 我们提出了溶剂辅助金属传递打印技术加工金属微结构。利用聚合物粘弹性随饱和溶剂处理时间而变化的规律，通过调控金属薄膜和模板、金属薄膜和聚合物薄膜之间界面相互作用力，以机械粘附力作为图案化驱动力，实现了室温条件下大面积金属图案加工。它可以适用于多种材料以及加工多层金属结构。我们在此基础上提出了反向加工过程，进一步扩大了方法的应用范围。我们将其应用于有机晶体管的加工。器件的性能与用其它方法加工的器件性能相比有所下降，但是该方法具有快速大面积图案化、可在开放的空气环境中操作的优点，加工过程简单，加工成本低，因此适用于低端电子器件。