一种基于纳米压印技术制备图形化蓝宝石衬底的方法技术

本发明专利技术公开了一种基于纳米压印技术制备图形化蓝宝石衬底的方法，在表面抛光的硅片基底上生长高纯度的金属铝膜；利用两次阳极氧化反应得到规则有序的多孔阳极氧化铝；以多孔阳极氧化铝当掩模对硅片基底进行干法刻蚀得到规则有序的多孔硅基底；在多孔硅基底上旋涂填充聚二甲基硅氧烷PDMS并进行固化、脱模，得到PDMS模板；利用PDMS模板通过紫外压印方法将图形转移到蓝宝石衬底上，采用刻蚀工艺得到图形化的蓝宝石衬底(PSS)。本发明专利技术的PDMS模板图形规则有序、均匀性好、易于脱模且可重复使用，配合紫外压印技术可实现6英寸及以上大尺寸PSS的制备。本发明专利技术的方法简单易行、可控性高、极大地提高PSS的生产效率，生产成本低。

Method for preparing patterned sapphire substrate based on nano imprint technique

The invention discloses a method for nanoimprint lithography was prepared based on patterned sapphire substrate, metal aluminium film growth in high purity silicon substrates on the surface polishing; rules of porous anodic alumina ordered by two anodic oxidation; using porous anodic alumina as the mask on the silicon wafer substrate by dry etching porous rules silicon orderly; spin coating on porous silicon Filled Poly two methyl siloxane PDMS and curing and demolding to obtain PDMS template; using PDMS template graphics onto the sapphire substrate by UV imprinting method, by etching the graphical sapphire substrates (PSS). The PDMS template of the invention has the advantages of regular and orderly arrangement, good uniformity, easy demoulding and repeated use, and can be used for the preparation of large size PSS of 6 inches and above with the ultraviolet imprinting technique. The method of the invention has the advantages of simple operation and high controllability, greatly improves the production efficiency of PSS, and has low production cost.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于GaN基LED图形化衬底
，涉及一种基于纳米压印技术制备大于6英寸图形化蓝宝石衬底的方法，具体涉及利用规则有序的多孔阳极氧化铝当掩模制备柔性PDMS压印模板并通过纳米压印技术制备6英寸以上图像化蓝宝石衬底的方法。
技术介绍
GaN基LED作为新型半导体发光器件，与传统的光源相比具有体积小、寿命长、效率高、节能环保等优点，目前已广泛应用于显示、指示灯、背光灯、固态照明、交通信号灯、短程光学通信和生物传感器等各个领域。蓝宝石由于价格便宜，被广泛应用于GaN基LED器件制作中。然而，GaN外延层与蓝宝石之间存在着较大的晶格失配，使得GaN外延层在生长过程中产生大量的螺旋位错，晶体质量较差。同时，由于GaN外延层与空气之间存在很大的折射率差，使得LED内部产生的光大部分在界面处发生全反射而无法出射，仅有很小的一部分(约5％)光可以从逃逸角射出，这两个因素极大地限制了GaN基LED的出光效率。为了解决以上两个问题，引入了图形化蓝宝石衬底(PSS)的概念。实验和理论已经证明了PSS能够有效减少GaN外延层的位错密度，提高外延晶体质量；同时LED器件内部被全反射回来的光经过PSS的反射或散射后有很大一部分将重新进入逃逸角，从而显著提高光的提取效率(M.T.Wang,K.Y.Liao,Y.L.Li,GrowthmechanismandstrainvariationofGaNmaterialgrownonpatternedsapphiresubstrateswithvariouspatterndesigns,IEEEPhoton.Tech.Lett.,23:926(2011)；C.L.Xu,T.J.Yu,etal.,AnalysesoflightextractionefficiencyinGaN-basedLEDsgrownonpatternedsapphiresubstrates,Phys.StatusSolidiC9:757(2012)；Y.H.You,F.C.Chu,etal.,EnhancedperformanceofInGaN-basedlightemittingdiodesgrownonvolcano-shapedpatternedsapphiresubstrateswithembeddedSiO2,RSCAdv.,5:67809(2015))。目前，商业化的LED普遍采用PSS来提高器件性能，与传统平面蓝宝石衬底相比，采用PSS的LED出光效率提高了30％～40％。不过，受到工业技术的限制，现在市场上普遍采用2英寸和4英寸的PSS。为了满足日益增大的LED需求，同时降低生产成本，提高企业效益，对更大尺寸的PSS，即6英寸及6英寸以上的PSS的研制具有十分重要的意义。传统方法制备PSS，一般是通过光刻、刻蚀等工艺将光刻版上的图形转移到样品上。图形大小在微米尺寸量级。
技术实现思路
本专利技术提供了一种基于纳米压印技术制备大于6英寸图形化蓝宝石衬底的方法。所述方法通过使用规则有序的多孔阳极氧化铝当掩模来获得图形均匀、机械性能良好且可重复使用的柔性聚二甲基硅氧烷(PDMS)模板，并利用所述聚二甲基硅氧烷(PDMS)模板进行紫外纳米压印来制备6英寸以上的图形化的蓝宝石衬底(PSS)。当图形的尺寸达到纳米量级时，LED的发光效率可以得到进一步提高。一方面，通过纳米压印的方式可以在6英寸以上的蓝宝石衬底上制作纳米级别且均匀性良好的刻蚀掩模，而不会受到传统光刻工艺中光的衍射、散射等条件限制；另一方面，采用纳米压印的方式可以解决大尺寸衬底下带来的非平面翘曲难题。不仅如此，采用纳米压印的方式制作大尺寸的PSS，其操作简单易行、成本低，非常适合产业化生产。本专利技术提出了一种聚二甲基硅氧烷(PDMS)模板的制备方法，所述方法包括以下步骤：1)选取一个8英寸或8英寸以上洁净的表面抛光的硅片基底，在其表面蒸发或溅射一层高纯度金属铝膜；2)以所述硅片基底为阳极，石墨为阴极对金属铝膜进行一次阳极氧化反应，并去除氧化层，得到规则有序的氧化铝浅坑；3)以所述硅片基底为阳极，石墨为阴极对金属铝膜进行二次阳极氧化反应，直至将金属铝膜全部氧化，得到规则有序的多孔阳极氧化铝；4)以步骤3)所述的多孔阳极氧化铝为掩模对硅片基底进行干法刻蚀，将图形转移到硅片基底上，然后去除多孔阳极氧化铝掩模，得到规则有序的多孔硅基底；5)对步骤4)所述的多孔硅基底进行氟化防粘处理，然后以其作为母板，在其表面填充透明且机械性能良好的聚二甲基硅氧烷(PDMS)材料并加温固化、脱模，得到柔性的所述聚二甲基硅氧烷(PDMS)模板。本专利技术的聚二甲基硅氧烷(PDMS)模板的制备方法中，用ICP的方式将多孔结构转移到硅片上，用自组装的多孔氧化铝当掩模，通过刻蚀将图形转移到硅片基底上，从而得到结构规则的多孔硅母板，可以使得制备得到的聚二甲基硅氧烷(PDMS)模板具有良好的物理和化学稳定性，优异的机械性能，高透明度，耐热性好的特定，所述聚二甲基硅氧烷(PDMS)模板是一种柔性的聚合物模板，适合用于大尺寸非平面衬底的纳米压印。本专利技术还提出了使用上述PDMS模板制备图形化的蓝宝石衬底(PSS)的方法，具体地，所述方法包括以下步骤：1)选取一个8英寸或8英寸以上洁净的表面抛光的硅片基底，在其表面蒸发或溅射一层高纯度金属铝膜；2)以所述硅片基底为阳极，石墨为阴极对金属铝膜进行一次阳极氧化反应，并去除氧化层，得到规则有序的氧化铝浅坑；3)以所述硅片基底为阳极，石墨为阴极对金属铝膜进行二次阳极氧化反应，直至将金属铝膜全部氧化，得到规则有序的多孔阳极氧化铝；4)以步骤3)所述的多孔阳极氧化铝为掩模对硅片基底进行干法刻蚀，将图形转移到硅片基底上，然后去除多孔阳极氧化铝掩模，得到规则有序的多孔硅基底；5)对步骤4)所述的多孔硅基底进行氟化防粘处理，然后以其作为母板，在其表面填充透明且机械性能良好的PDMS材料并加温固化、脱模，得到用于纳米压印的柔性的所述聚二甲基硅氧烷(PDMS)模板；6)选取洁净的蓝宝石衬底，在其表面旋涂紫外纳米压印用的抗蚀剂，利用聚二甲基硅氧烷(PDMS)模板在压印机中进行紫外压印，即在压印的同时进行紫外光曝光使抗蚀剂固化，压印结束后进行脱模，得到图形化的抗蚀剂掩模；7)对步骤6)所述的图形化的抗蚀剂掩模进行反应离子刻蚀RIE，直至露出蓝宝石衬底，得到具有图形化抗蚀剂掩模的蓝宝石衬底；8)对步骤7)所述的具有图形化抗蚀剂掩模的蓝宝石衬底进行刻蚀，然后去除残余的抗蚀剂掩模并本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种聚二甲基硅氧烷模板的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：1)选取洁净的表面抛光的硅片基底，在其表面蒸发或溅射一层高纯度金属铝膜；2)以所述硅片基底为阳极，石墨为阴极对金属铝膜进行一次阳极氧化反应，并去除氧化层，得到规则有序的氧化铝浅坑；3)以所述硅片基底为阳极，石墨为阴极对金属铝膜进行二次阳极氧化反应，直至将所述金属铝膜全部氧化，得到规则有序的多孔阳极氧化铝；4)以步骤3)所述的多孔阳极氧化铝为掩模对硅片基底进行干法刻蚀，将图形转移到硅片基底上，然后去除所述的多孔阳极氧化铝掩模，得到规则有序的多孔硅基底；5)对步骤4)所述的多孔硅基底进行氟化防粘处理，然后以其作为母板，在其表面填充聚二甲基硅氧烷材料并加温固化、脱模，得到所述聚二甲基硅氧烷模板。

【技术特征摘要】
1.一种聚二甲基硅氧烷模板的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
1)选取洁净的表面抛光的硅片基底，在其表面蒸发或溅射一层高纯度金属铝膜；
2)以所述硅片基底为阳极，石墨为阴极对金属铝膜进行一次阳极氧化反应，并去除氧化
层，得到规则有序的氧化铝浅坑；
3)以所述硅片基底为阳极，石墨为阴极对金属铝膜进行二次阳极氧化反应，直至将所述
金属铝膜全部氧化，得到规则有序的多孔阳极氧化铝；
4)以步骤3)所述的多孔阳极氧化铝为掩模对硅片基底进行干法刻蚀，将图形转移到硅片
基底上，然后去除所述的多孔阳极氧化铝掩模，得到规则有序的多孔硅基底；
5)对步骤4)所述的多孔硅基底进行氟化防粘处理，然后以其作为母板，在其表面填充
聚二甲基硅氧烷材料并加温固化、脱模，得到所述聚二甲基硅氧烷模板。
2.一种基于纳米压印技术制备图形化蓝宝石衬底的方法，其特征在于，包含以下步骤：
1)选取洁净的表面抛光的硅片基底，在其表面制备一层高纯度金属铝膜；
2)以所述硅片基底为阳极，石墨为阴极对金属铝膜进行一次阳极氧化反应，并去除氧化
层，得到规则有序的氧化铝浅坑；
3)以所述硅片基底为阳极，石墨为阴极对金属铝膜进行二次阳极氧化反应，直至将所述
金属铝膜全部氧化，得到规则有序的多孔阳极氧化铝；
4)以步骤3)所述的多孔阳极氧化铝为掩模对硅片基底进行干法刻蚀，将图形转移到硅片
基底上，然后去除所述的多孔阳极氧化铝掩模，得到规则有序的多孔硅基底；
5)对步骤4)所述的多孔硅基底进行氟化防粘处理，然后以其作为母板，在其表面填充
聚二甲基硅氧烷材料并加温固化、脱模，得到聚二甲基硅氧烷模板；
6)选取洁净的蓝宝石衬底，在其表面旋涂紫外纳米压印用的抗蚀剂，利用聚二甲基硅氧
烷进行紫外压印、脱模，得到图形化的抗蚀剂掩模；
7)对步骤6)所述的图形化的抗蚀剂掩模进行RIE刻蚀，直至露出蓝宝石衬底，得到具
有图形化抗蚀剂掩模的蓝宝石衬底；
8)对步骤7)所述的具有图形化抗...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈少强，翁国恩，胡小波，
申请(专利权)人：华东师范大学，
类型：发明
国别省市：上海;31