弹性体的连续收缩——一种产生微米和纳米结构的简单微型化方法技术

技术编号:948456 阅读:262 留言:0更新日期:2012-04-11 18:40
分步收缩和吸附纳米光刻(SCAN)图案工艺能够收缩复杂的(由目前微制造技术产生的)微结构到纳米级。SCAN的基本原理是转移预设计的微结构到伸长的弹性体上。该伸长的弹性体然后被允许松弛,因此缩小了微结构。该新的微型化结构然后用作转移该结构到其它拉长弹性体上的印章。通过重复上述过程,带有预设计几何形状的材料的图案被微型化到希望尺寸,包括亚100nm。SCAN的简单性和高产量能力使得该平台成为其它微或纳米技术具有竞争力的替换,有潜力地应用在多路传感器、非二进制光学显示、生物芯片、纳米电子器件以及微流器件中。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本申请涉及一种在微米或纳米级中材料和成分形成图案的方法, 具体地说,本专利技术涉及一种实现图案微型化的同时增加图案密度的方 法。
技术介绍
微米或者纳米级的形成图案(patterning)的材料在许多科学和技 术领域里都是所希望的,例如在光学领域里用于波长可调激光器的光 栅(Lawrene et al., 2003 ),在电子学领域内的窄栅宽晶体管(Arias, et al.2004),以及便携式生物传感器(Su et al, 2003 )。这些方面的应 用要求不仅包括有源元件的小尺寸,而且还包括有助于产量估计和增 加设备效率的大图案密度。以减少的尺寸在指定的位置将多成分形成图案常常遇见困难。微 图案通常需要多个印章和配准步骤或者三维印章结构的精密设计,以让那些化学制剂流体流动到指定的位置(Tienetal.,2002)。多成分 图案的应用包括非二进制光学显示(non-binary optical displays)和微 分离器件。当需要纳米尺寸部件时,上述制造方法预期会极端复杂。 在照相平板印刷技术(photolithography)中,通过连续地照射穿 过不同位置的掩模的光敏试剂来制造生物探针的微阵列(Fodoretal. 1991,Kaneeta1., 1999, and Buesa etal.,2004)。尽管照相平板印刷技 术用实例证明有潜力去不断地打破分辨率极限(Levenson et al., 1993 ),但仪器的高成本和各种原料的集成困难限制了它的广泛应用。 扫描探针光刻技术(Xu et al., 1999, Liu et al., 2000, Piner et al. 1999 ) 在制造和表征纳米结构方面能够提供高空间精度;然而,这个方法有 着低生产量的缺陷。下一代光刻技术例如软光刻技术(Wilbur et al., 1994, Kumar et al" 1995, Xia et al" 1998, Kane et al" 1999 )和压印技术 (Chouetal., 1996 Bailey et al.2002 )通常具有同样的特点低成本和 高分辨率。然而,这些方法也和制造图案的1X技术一样有名,制造 的图案是铸造模具专门的负像和正像复制,因而图案尺寸和密度都是 不可调节的。微光刻技术已经达到成熟的水平,因此多成分和复杂的微观结构 能被高产量地制造。可选地,光刻技术例如软光刻技术(Chiuetal, 2000 et al., 2000, Wilbur et al" 1994, Kumar et al" 1995, Xia et al" 1998, Tien et al" 2002 and Chen et al" 2003 )和写(writing )技术(Hong et al" 1999, Xu et al" 2000 Sirringhaus et al" 2000, Liu et al" 2000, and Bullen etal.,2004)已经在包括不平滑表面的多种材料上制造出分层的微结 构。由于在步骤之间掩模制造和校准的精度要求,进一步微型化是无 意义的。虽然微细加工相对地建立起来,但生产高密度的多成分微米和纳 米结构现在仍然很难。这种工艺经常需要连续地运用微米和纳米光刻 技术,以及在微型化期间各成分的精确校准逐渐地变得更具有挑战性(Fodor et al" 1991, Hong et al" 1999, Chiu et al" 2000, Su et al. 2003, Zaugg et al, 2003 )。因而需要简单的、成本低的方法来微型化包括多 成分和特征的微结构
技术实现思路
在 一个优选实施例中,通过首先获得拉伸的弹性体来制造微结构 或纳米结构。然后在拉伸的弹性体上制造图案。拉伸的弹性体被允许 松弛去转换图案,以制造微结构或纳米结构。在另 一个优选实施例中,通过首先获得第一个拉伸弹性体和第二 个拉伸弹性体来制造微结构或纳米结构。在第一个拉伸的弹性体上制 造图案。第一个拉伸的弹性体允许松弛来转换图案,以制造第一个缩 减尺寸的图案。第一个缩减尺寸的图案转移到第二个拉伸的弹性体。 第二个拉伸的弹性体被允许松弛去转换第一个缩减尺寸的图案,以来 制造第二个缩减尺寸的图案。在另 一个优选实施例中,通过首先拉伸第一个弹性体制造第一个 拉伸弹性体,来制造微结构或纳米结构。在第一个拉伸的弹性体上制 造图案。第一个拉伸的弹性体被允许松弛去转换图案,以制造第一个 缩减尺寸的图案。拉伸第二个弹性体产生第二个拉伸的弹性体。第一 个缩减尺寸的图案转移到第二个拉伸的弹性体上。第二个拉伸的弹性 体被允许松弛,从而转换第一个缩减尺寸的图案到第二个拉伸的弹性 体上,以制造第二个缩减尺寸的图案。附图说明图l说明分步收縮和吸附纳米光刻技术(SCAN)的气球模拟, 其中当放气时气球上的单词"SCAN "缩小。 图2说明了 SCAN工艺的图解。图3 A说明了具有在胶乳表面上涂有原始墨线的1维SCAN拉伸器件的照片。图3B说明了 一个SCAN循环之后的墨线。图3C说明了第二个SCAN循环之后产生的结构。图3D说明了第三个SCAN循环之后产生的结构。图4A说明了具有300nm的线宽和1.2pim间距尺寸的原版的原 子力显微镜(AFM)图像,比例条-l^im。图4B说明了在 一 个S CAN循环之后微型化的结构,具有3 0±6 nm 线宽和90 + 6nm间距尺寸,比例条^274nm。图5 A说明了在 一个SCAN循环之后产生的红色(Xmax =640 nm ) 和绿色(入max-543 nm)荧光墨水的交替阵列的激光共聚焦荧光显微 照片,比例条二50(Him。图5B说明了在三个SCAN循环之后产生的红色(Xmax =640 nm) 和绿色(Xmax = 543 )荧光墨水的交替阵列的激光共聚焦荧光显微照 片,比例条二234pm。图5 C说明了在五个SCAN循环之后产生的红色(Xmax =640 nm ) 和绿色(Xmax = 543 )荧光墨水的交替阵列的激光共聚焦荧光显微照 片,比例条=34^1111。图6显示了通过SCAN产生的蛋白质阵列的激光共焦荧光显微照 片,比例条二220^im。图7显示了通过SCAN产生的双成分低聚核苷酸阵列的激光共焦 荧光显微照片,比例条二50(^m。图8说明了改进的分步收缩和吸附纳米光刻技术(mSCAN)的 方案。图9A说明了原聚二甲基硅氧烷(PDMS)模具(Pl)的AFM局部图像,母Si模显示在插图中。图9B说明了次PDMS模具(P2)的AFM局部图像。图IOA说明了来自160kPa的外部压力下如图9A所示PDMS弹性体模具的图案化的牛血清蛋白(BSA)图案的AFM局部图像。图10B说明了来自40kPa的外部压力下如图9A所示PDMS弹 性体模具的图案化的BSA图案的AFM局部图像。图ll说明了双层弹性体结构中的波形成,该图说明了在拉长衬 底的松弛期间的波形成。图12说明了覆盖在拉长衬底上的具有不同厚度("锥形")的覆盖层。图13A和13B说明了如图12所示的在具有不同厚度("锥形") 的覆盖层上形成波形的AFM图像。具体实施例方式在详细地说明本专利技术的至少 一个本文档来自技高网
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【技术保护点】
一种制造微结构或纳米结构的方法,该方法包括:    获得拉伸的弹性体;    在该拉伸的弹性体上制造图案;    允许该拉伸的弹性体松驰去转换该图案,以产生微结构或纳米结构。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员:刘刚玉胡军谭俐刘茂孜
申请(专利权)人:加利福尼亚大学董事会
类型:发明
国别省市:US[美国]

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