牺牲层辅助的纳米尺度转印方法研究

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:nallysun
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转印技术是近年来兴起的一种确定性组装技术,其主要目的是将微纳米结构功能材料按照其要求组装成二维或三维的有序结构,形成各种微纳米器件。转印技术具有兼容性强、可在常温下进行等优点,广泛应用于柔性电子等领域。研究人员已经开发出来很多转印方法,但绝大多数转印方法的分辨率还仅停留在微米尺度。尽管有方法实现了纳米图案的转印,但工艺过于复杂、通用性差,严重限制了微纳米器件在柔性电子中的应用。为此,本文提出了一种牺牲层辅助的纳米尺度的转印新方法。本文对所提出的牺牲层辅助纳米尺度转印方法的工艺流程进行了具体的介绍。首先,在施主基片上沉积一层牺牲层,接着在牺牲层上制作功能结构,然后将图章紧密贴附在基片上,将功能结构和牺牲层全部转印下来,最后去除掉牺牲层,得到所需要转印的功能结构。利用这种方法,使用铜作为牺牲层材料,将47 nm宽的金结构在硅基片上成功转印下来。牺牲层在转印过程起到了两点作用。一是能够提高转印分辨率,为此,引入能量释放率理论进行分析。在没有牺牲层的情况下,随着功能结构特征尺寸的减小,图章不能完全贴合到结构表面,导致功能结构/图章的能量释放率远小于功能结构/基片的能量释放率,无法转印;牺牲层的存在使得图章/牺牲层的能量释放率远大于牺牲层/基片的能量释放率,因而功能结构特征尺寸不受限制。二是可以减小转印过程中结构的应变量,牺牲层的存在也使得被转印功能结构接近于中性层位置,受到的拉应变明显地减小。为了验证这一理论,使用铜作为牺牲层,转印了各种复杂图形,制作了柔性LED电路,均没有出现断裂现象,证明了牺牲层能够减小结构的应变从而避免断裂的产生。为了进一步证明本文所提出的牺牲层辅助转印方法的通用性,在不同施主基片上制作并转印了各种结构。首先,利用光刻工艺制造了二氧化硅单层结构,其次,在硅片上利用铜作为牺牲层转印了金-氮化硅-金三层电容结构,均成功实现转印,对转印前后的电容进行电流-电压测试,表现出了优良的性能。最后,在硅片上制备了金作为牺牲层,使用电射流打印工艺在牺牲层上制作了石墨烯、银等功能结构,这些功能结构了成功转印证明了该方法在柔性电子应用方面的巨大潜力。
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