刘伟庭[1]2003年在《柔性微图形复制技术的研究》文中指出柔性微图形复制技术，是微加工技术发展的新方向，是柔性器件发展提出的必然要求。作为微加工技术的核心——传统的光刻技术，虽然在硅技术中取得了巨大的成功，但由于光刻技术相对苛刻的要求和限制，它难以运用于柔性器件的制作。 本文介绍了可用于柔性器件的软光刻技术和微叁维定位压控微流成型技术。论文研究了了软光刻原理及相关技术和PDMS的成型技术；探讨了叁维定位压控微流沉积系统的基本原理、系统结构和流体动力学模型，并对沉积图案实验结果的进行了分析，研究了各种参数的优化问题。 采用不同的方法制备了用于组织工程的聚合物支架和柔性的有机物FET，并对OFET进行了性能测试。最后，我们讨论了柔性微图形复制技术的应用前景，并提出了后续研究的方向。
汪炉林[2]2010年在《柔性光掩模制备及有机材料表面微图案化研究》文中提出材料与环境的相互作用主要发生在表面,诸如印刷、吸附、粘接、涂装、染色、防腐、微图案化等都要求材料有适当的表面性能。其中有机聚合物材料具有低成本、高透明、易加工、柔软、质轻、可回收、可降解等诸多优异性能更为引人关注。但由于其大分子基表面的化学惰性和疏水性导致亲水性、染色性、黏附性、生物相容性等表面功能化方面较差,从而限制了它们在一些领域的应用,因此对其表面进行改性进而功能化是一个重要的研究课题。而表面微图案化是功能化的一个重要手段,也是现代科技发展的关键技术之一。光刻技术因其具有准确、精细、高输出等优点一直是微图案化领域的主导技术,而光刻掩模(铬掩模)的制备更是其转移微图案中的关键步骤,但需要复杂的特殊设备、苛刻的实验条件、繁琐的工艺过程。这些技术壁垒限制了光刻掩模在非光刻领域中的应用。基于上述考虑,在充分研究现有的表面微图案化技术及光掩模制备的基础上,本论文首先采用打印技术在改性的有机/无机杂化膜表面打印设计的任意微米级图案、多色图案以及色阶图案,并以此代替光刻掩模,实现了在有机基材表面任意微图案的精确复制进而进行功能化修饰。取得的主要结果如下：1.提出了一种全新的制备柔性紫外-可见光掩模技术,主要包括：(1)光掩模基材制备：通过受限光催化氧化(CPO)反应对透明聚合物膜或片材如双向拉伸聚丙烯(BOPP)和聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)表面实施光感应羟基化改性形成亲水表面,再通过溶胶-凝胶法在该表面制备纳米厚度氧化硅(SiOx),得到全透明柔性有机/无机杂化(BOPP/SiOx和PET/SiOx)膜。(2)通过颜料型普通商用喷墨打印机(EPSON R800)在该基材表面直接打印,得到通过计算机设计的任意微米级表面图案。相关参数如墨水与基材的附着力由无机层(SiOx)来调节,挡光层(即墨水层)厚度(d=0.5μm-1.3μm)、透光性(波长λ＜500nm的光全吸收)及线条宽度(w>50μm)均可通过设计图案颜色深浅及设计线宽尺寸进行调控。相比于传统的铬掩模/金属掩模,这种打印的柔性光掩模制备技术简单快捷、成本低廉、轻薄柔韧。因此在各种形状的有机基材表面微图案化领域有重要的实际应用价值。2.针对聚合物材料表面改性及光化学反应是近年来的一个热点和前沿问题,从实际应用的角度考虑,将这种打印的柔性紫外-可见光掩模应用于通过光反应修饰聚合物材料表面来证明所制备的光掩模使用性能及价值。利用本实验室已有的CPO反应,通过打印的柔性光掩模控制,对有机基材表面进行紫外光感应羟基化改性形成润湿性微图案表面,基于该表面,进一步在其上沉积制备了导电聚合物聚苯胺(PANI)、无机半导体材料氧化锌(ZnO)等微图案化构筑。利用光接枝技术,在各种有机薄膜(BOPP、PET)表面接枝功能性单体如丙烯酸(AA)、丙烯酰胺(AM)等制备各种接枝聚合物聚丙烯酸(PAA)、聚丙烯酰胺(PAM)微图案表面。利用打印光掩模自身柔韧性及超薄性特点,结合光反应在非平表面进行光接枝AA聚合制备PAA刷子微图案化曲面。3.对不同夺氢型光引发剂异丙基硫杂蒽酮(ITX)和樟脑醌(CQ)的吸光特性,及其在不同有机基材BOPP和PET表面的引发机理、接枝方式(一步法、二步法)和接枝规律等方面进行了详细的研究。发现ITX可通过λ=200-300nm紫外光或λ=300-400nm的远紫外光在有机薄膜如BOPP、聚乙烯(PE)、PET等表面进行一步法或两步法光接枝烯类(AA,AM)等单体反应；CQ可通过λ=200-300nm的紫外光进行相似的接枝反应,同时,对于聚烯烃(BOPP、PE)膜表面,CQ可通过紫外光感应与其表面进行化学反应,然后在此表面进行可见光再引发接枝(AA、AM)聚合反应,对于PET膜,CQ还可通过λ=400-500nm的可见光一步法或两步法在胺化的PET膜表面进行光接枝(AA或AM)反应,并详细的探讨了其接枝规律。4.利用不同颜色的墨水对光波透过的选择性,如一定厚度(d>500nm)黑色墨水对λ＜500nm的光都有优异的全吸收性,黄色墨水在λ=300-400nm左右的远紫外光有25%-30%的透过性,蓝色墨水则在λ=400-500nm左右可见光有55%-60%的透过性。首次提出了一种波长可控光掩模的制备技术,即首先在通过溶胶-凝胶法改性PET膜表面形成有机/无机杂化(PET/SiOx)膜,然后将设计好的叁色图案(黑色、黄色和蓝色)打印到杂化膜表面制备出波长可控光掩模,通过前面提到的对应的不同夺氢型光引发剂(ITX和CQ)对光波吸收的选择性：ITX和CQ分别对λ=300-400nm和λ=400-500nm左右的光有一定的吸收,以及这两种光引发剂在相应光感应下均可进行两步法光接枝。因此通过波长可控光掩模控制,在胺化的PET膜表面进行双接枝(AA/AM)聚合制备双微图案化有机表面。相比于其它双图案化表面构筑除了该法更为简便外,所形成的双图案间距可调,方法具有一定的普适性。5.基于打印墨水颜色的深浅对全波段的紫外-可见光透过性弱强特性,首次提出了在有机/无机杂化(BOPP/SiOx、PET/SiOx)膜基材表面打印出一种能使透过的光强呈梯度变化的梯度光掩模技术,并通过此掩模控制,结合CPO反应,可在同一有机基材(BOPP、PE、PET)等表面制备出一种表面能呈梯度分布的梯度聚合物表面；结合表面受限光接枝聚合技术在同一有机基材表面接枝AA制备出接枝层厚度呈梯度分布的梯度接枝物(PAA)刷子表面；结合表面沉淀紫外光接枝聚合技术可在同一有机基材(BOPP、PE)等表面接枝单体(AM)形成接枝密度呈梯度分布的梯度接枝聚合物(PAM)表面,同时考察了各种反应条件(引发剂和单体浓度、光强、辐照时间)对接枝密度及表面形貌的影响。梯度聚合物表面由于其化学组成和结构呈梯度变化,这种特殊的表面在生物医学、微流体器件、细胞吸附等方面具有重要的实际应用价值。
吴成年[3]2012年在《面向曲面基底微光学元件加工的纳米压印设备的研究》文中指出微光学器件受到了广泛关注，相比理论研究，其加工制造方法一直是限制其批量生产应用的瓶颈。因为可以轻易突破传统光刻加工方法的分辨极限，纳米压印技术以其低廉的成本、较高的加工精度备受关注，经过十多年发展，形成了以热压印、紫外压印和微接触压印为代表的叁种技术。而在其中，紫外纳米压印是综合性能最好的一种，它在常温条件下，利用紫外光照射透明压模所压入的紫外压印胶，使其固化，具有效率高、成本低、高分辨的特点。本文从纳米压印工艺及设备的发展状况出发，通过分析课题组前期研制的压印设备存在的问题,提出了基于柔性压头的压印技术方案，即利用具有微结构图案的PDMS软膜作替代传统硬质材料作为压印的模板进行软压印，可以实现大面积图案的均匀复制，完成了软紫外/热压印两用的压印设备的研制。基于上述分析，本文完成了以下工作：(1)提出了由PDMS制成的透明软膜作为模板，以替代传统机械接触式压印的方案；（2）完成了压印设备的机械设计、加工与装配；(3)完成了基于TI公司MSP430F149的温控系统设计，采用位置式PID算法进行控制，完成了包括温度传感器选型、信号调理与转换、处理与运算、PWM方式控制的驱动设计等工作；（4）进行了基于高速开关阀、可锁紧气缸、柔性压头在内的压力控制可行性分析，完成了基于增量式PID算法的压力控制系统设计；（5）完成了基于LabVIEW的上位机编程，可以实现压印流程控制，进行压力、温度数据实时显示；（6）最后对所研制的压印设备进行了包括温升实验、温度控制精度实验、压力输出均匀性测试及压力控制稳定性等一系列实验，最后以块体金属玻璃BMGs为对象进行了热压印实验，以紫外压印胶为对象进行了软紫外压印，均实现了微结构图案的良好转移，达到了所设定的性能指标，满足科研实验需要。
赵相晖[4]2014年在《微透镜阵列的约束电化学刻蚀加工技术与系统》文中研究表明随着现代科技的快速发展，微纳米技术产品诸如微电子、微机电系统（MEMS）等，逐渐在生产和生活中发挥重要的作用。它们的共同特点是结构或功能尺寸均在微米或纳米尺寸范围内，所以对它们的加工方法有别于普通的机械加工方式，称之为微纳加工技术。传统的微纳加工技术诸如光刻技术、超精密机械加工方法、叁束直写等工艺只能够加工二维或准叁维的形状，在加工叁维微结构的过程中会面临许多困难。微纳结构的电化学加工方法是这些年发展的重要方向，电化学加工方法具有可加工材料范围广、加工过程无应力、表面质量高、分辨率高及低成本等优点，极有可能在未来成为加工叁维复杂微纳机构的主流的方法。本文以约束电化学刻蚀微纳加工方法为研究对象，重点研究了约束刻蚀剂层技术（CELT）和电化学湿印章技术（E-WETS）两种加工方法，在深入分析这两种方法的工艺特点和对加工仪器的要求的基础上，开发了具有纳米级分辨率定位精度的高性能电化学微纳加工系统，并在此系统上开展了CELT和E-WETS在半导体材料上的刻蚀实验，实现了对光学微透镜阵列的高精度复制加工。主要的研究成果如下:设计了一套用于CELT和E-WETS工艺的微纳米加工系统。设计并优化了大理石拱形桥架结构，进一步提高了系统的刚度和共振频率；对系统的驱动部分采用宏微复合运动的思路，宏动定位平台采用五相步进电机作为驱动元件，以交叉滚珠导轨作为导向平台；微动平台采用压电陶瓷作为驱动元件，柔性铰链作为导向平台的方式；采用SGS型位移传感器作为位移检测元件，实现微动平台的闭环运动控制；针对加工模板和基底之间的调平问题设计了一种叁自由度自适应柔性调平机构，建立了调平机构的静态刚度模型，并通过有限元分析验证了机构的有效性，在工艺的大面积加工方面，该机构能够有效提高加工结果的精度和一致性。使用LabVIEW图形化编程软件编写了系统的控制程序，实现了系统的自动化运动与定位控制。软件主要由宏动平台控制模块、微动平台控制模块、逼近模块、恒力控制模块以及数据显示和状态指示模块组成。具有界面简单，操作方便等优点。按照约束刻蚀剂层技术对加工系统的要求，设计了一种全自动逐步逼近和接触检测方法，该方法利用数字锁相放大器的检测原理，可以达到纳米级的检测精度；针对E-WETS中的恒力加工问题，设计了一种恒力控制算法，通过对力信号进行反馈和控制，将接触力限定在设定值大小，上下浮动不超过0.2mN。使用本文开发的仪器开展了相关的工艺试验研究。采用PMMA种模模板板，利用CELT在砷化镓基底上刻蚀微透镜阵列图案。首先对PMMA，进L-行胱溅氨射酸处作理为；捕选捉择剂Br并2作对为刻电蚀生体刻系蚀进剂行，了选选择择Na和Br优作化为；前使驱用物E-WETS在P型硅基底上刻蚀出了微透镜阵列图案，并对琼脂糖凝胶模板的制作方法作了说明，最后对刻蚀图案进行了电化学抛光处理，得到的微透镜阵列图案具有较高的表面光洁度。
袁晓峰[5]2012年在《微图形化技术在印刷电子材料的应用研究》文中研究指明本论文主要进行了激光图形化技术在印刷电子材料中的应用研究。近年来，随着新型有机半导体材料的不断涌现，以低成本的印刷方式制作电子器件成为可能，诸如电子纸、柔性显示屏、柔性发光二极管等具有柔软特性的电子产品不断推出，印刷电子也被业界称为下一代半导体制造技术。其中柔性透明导电膜作为印刷电子材料的一个重要课题，得到了广泛研究，以低成本的印刷工艺生产柔性透明导电膜成为科研人员的一个目标。然而现今的印刷电子工艺，如丝网印刷、喷墨打印和凹版柔性印刷都无法同时实现高效率、低成本和高精度的印刷制作。本论文将精密光刻微图形、纳米压印技术和Ag浆刮涂技术相结合，实现了由微细金属网格栅构成的柔性透明导电膜的制作。首先，对能够保证图形高精度拼接和高效率光刻的飞行频闪平铺曝光技术和Z轴校正技术进行了分析，对图形化设备的图形输入器件DMD在相干光照明下的相位调制特性进行了理论和实验研究，发现DMD的微镜偏转角误差（±1o）对图形化设备的能量利用率有很大影响。利用激光图形化设备制作了透明导电膜所需的电路图形的精密光掩模板，其线宽为2.5μ m。研究了厚胶曝光工艺，采用铸模技术得到柔性PDMS压印模板，实验表明用负胶母版二次铸模得到的PDMS模板的雾度（8%）要低于正胶模板一次铸模（19%）。最后，采用紫外固化纳米压印技术在以PET为基底的UV胶上压印出沟槽图形，用Ag浆刮涂技术将纳米Ag填入沟槽中得到微细金属网格透明导电膜，其表面电阻为3Ω/。在刮涂Ag浆的实验中，通过增加沟槽的深度和UV胶表面的亲水性，可使得更多的Ag浆刮入到沟槽内，从而提高了导电膜的导电率。本论文利用纳米压印技术和Ag浆刮涂技术，实现了金属网栅柔性透明导电膜的高效率、低成本和高精度的制作，探索了印刷电子制作的基本工艺流程，为实现图形化设备在印刷电子的应用，以及为进一步研究印刷电子工艺提供了技术工艺基础。
张志敏[6]2016年在《曲面3D微结构数字掩模光成型关键技术研究》文中研究说明曲面3D微结构有着紧凑的结构、独特的色散性能以及灵活的设计自由度等优点,已经逐渐发展成为现代工业及国防科技领域重要的基础器件。目前国内外已有的曲面3D微结构制作技术以逐点加工为主,生产成本高、周期长、效率低,严重制约了其工业化应用。本文基于数字掩模投影光刻技术,以利用平面数字掩模在平面基底上投影光成型曲面3D微结构为关键突破点,深入研究了制作深度、曝光剂量及数字掩模间的映射关系,提出了一种以制作高度可编程控制的二维小方柱阵列近似表达曲面3D微结构轮廓的方法,即曲面3D微结构数字掩模光成型方法。与既有制作方法相比,该方法是一种低成本、短周期,高效率的数字化快速面成型方法,可广泛应用于现代化微纳加工领域。主要研究内容和成果包括:1、首次提出了曲面3D微结构数字掩模光成型方法。该方法充分利用SLM对曝光剂量的数字化离散调制,以投影光刻的方式,在平面基底上曝光经SLM调制的二维方柱形曝光剂量阵列。并针对曲面3D微结构轮廓不能通过单一坐标系精确表达的难题,有针对性的提出了迭代优化设计算法与逐点优化设计算法,以适用于曲面3D微结构的数字掩模优化设计。2、针对单灰阶数字掩模制作曲面3D微结构的曲率受限性,提出了一种曲面3D微结构多灰阶数字掩模光成型方法。该方法以多幅数字掩模迭加曝光的方式,突破数字掩模可用于曝光剂量调制的灰度级数上限,进一步实现数字掩模光成型的制作曲率突破。研究了叁种曲面3D微结构几何结构拆分方法,并提出了与几何结构拆分方法相对应的数字掩模设计算法。3、针对数字掩模光成型系统的制作面积受限性,提出了曲面3D微结构数字掩模曲面拼接光成型方法。该方法利用多幅数字掩模水平拼接,并通过严格控制各掩模衔接处的灰度,使得拼接处的曲率变化符合曲面结构的整体曲率变化规律,并提出了相应的曲面拼接数字掩模设计算法。4、针对曲面3D微结构数字掩模光成型技术的横、纵向制作分辨受限性,提出了数字掩模曲面移动光成型方法,该方法有机的结合静、动两种数字掩模曝光形式,拓展了其制作适用范围,分两类移动方式研究了数字掩模曲面移动光成型掩模生成算法;提出了数字掩模曲面分形光成型方法,该方法将有周期结构的曲面3D微结构按其周期排形式抽样扩大周期拆分为多个分曲面3D微结构,有效的降低了数字掩模的空间频率,减小精缩透镜的低通特性对制作精度的影响,分两类分形方式研究了数字掩模曲面分形光成型数字掩模生成算法。
张富饶[7]2015年在《带形纳米压印光刻机的研究与开发》文中提出目前,大面积功能性表面纳米结构和纳米结构涂层能够极大的提高产品性能和改进产品的品质,特别是太阳能电池板、抗反射和自清洁玻璃以及新一代大尺寸高清平板显示等行业对于超大尺寸(m级尺度)非平整刚性衬底纳米图形化有着非常巨大和迫切的市场需求,已经显示了非常广泛和巨大的商业化应用前景;而现有的各种工艺和方法均不能满足12英寸以上非平整刚性衬底大面积图形化工业级生产的要求;因此,迫切需要开发新的大面积纳米图形化的装置和方法。为了能够实现在超大尺寸(m级尺度)非平整刚性衬底的纳米图形化,课题组提出一种适用于超大尺寸非平整刚性衬底纳米图形化的新型纳米压印工艺,并基于该工艺研究开展了纳米压印光刻机的研究与开发,能够实现在超大尺寸非平整刚性衬上实现高效、低成本、规模化大面积纳米图形化;介绍了带型纳米压印工艺基本原理,主要完成了带型纳米压印光刻机各个功能模块(如压印模块、承片机构、工作台、模具进给、机架等)的分析设计以及总体设计,最后完成带型纳米压印光刻机进行叁维数字化建模。为了实现高质量的压印复型,必须能够理解和预测压印载荷作用下光刻胶的流变填充行为;而现有已经建立的基于平板型纳米压印和滚型纳米工艺的压印填充理论模型已经不再适用于基于带形软模具的纳米压印工艺;为此,需要开展基于带形软模具的纳米压印填充行为、机理的研究,建立理论模型,并借助于有限元仿真软件详细分析了模具周期、占空比、深宽比等对聚合物变形的影响;数值计算结果表明,深宽比对聚合物高度影响显着等,该数值分析结果有助于优化过程参数,指导这种新型纳米压印工艺和装备的研究和开发。带形软模具作为提出新型的压印工艺的核心工艺要素,它的性能和质量对于新的压印工艺的成败有着决定性的影响;传统纳米压印工艺所使用的平板型模具和滚轮型模具都已经建立起比较成熟的设计和制造方法,已不适用于带型模具;为此,需要开展新型模具结构设计制造和优化的研究,并探索高效、低成本制造带形软模具的方法;本文提出一种复合薄膜模具,它包括图形层和支撑层;本论文主要针对带型软模具纳米压印过程中软模具变形问题,对其进行设计与制造,并提出了利用滚轮模具和平板模具来制造有接缝带型模具和无接缝带型模具的制造方法。
石锦霞[8]2008年在《软刻蚀技术在高分子科学中的应用》文中指出基于自身结构和性能上的天然优势,高聚物是理想的纳米建筑性基材,高聚物的微结构已经在化学、生物、信息、物理等领域得到了应用。作为一种新兴的微制造技术,软刻蚀技术不仅能够简捷有效、高精度地制备出众多材料的微结构,而且技术成本低廉,它不需要昂贵的设备和苛刻的环境,具有极好的应用前景。本论文把软刻蚀技术结合到高分子科学中来,笔者通过软刻蚀技术制备了具有科研价值和应用价值的高聚物微结构,研究成果具体包括以下几个部分:1.溶胀弹性印章的毛细微模塑聚二甲基硅氧烷(PDMS)材料在某些极性有机溶剂中易变形的特性常使制备的微结构失真,这本是软刻蚀技术的一大缺陷,笔者则变废为宝,用经过丙酮溶胀后的PDMS弹性印章进行毛细微模塑(MIMIC)操作,制备了图案可控的聚苯乙烯(PS)微结构,我们将这项新的MIMIC技术称之为“溶胀弹性印章的毛细微模塑(MIMICSES)”。在MIMICSES技术中,高聚物微结构的图案可以通过改变高聚物溶液量和外加的压力来控制;MIMICSES是对软刻蚀技术的一种发展,它拓宽了软刻蚀技术适用材料的范围,借用溶胀的PDMS弹性印章,一些必须用极性有机试剂溶解的高聚物也可以通过MIMICSES技术来微结构化。2.微热模塑法制备高聚物球面微透镜阵列微透镜和微透镜阵列具有重要的光学性能,广泛用于很多领域。利用材料在液态或熔融态时其表面自由能会不断地减小直至最低从而达到最稳定的状态这一特性,用软刻蚀技术中的微热模塑技术成功制备了聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和PS的微半球体阵列结构,光学聚光成像测试验证了PS和PMMA的微半球体阵列结构具有良好的光学成像功能,可以作为微透镜阵列使用。该技术简捷有效、成本低、精确度高、适用于大多数热塑性高聚物,它为球面微透镜阵列的制备提供了一种新的途径,有望用于昆虫复眼的生物仿生。3.微接触印刷技术制备高分子微阵列图案用十二烷基叁氯硅烷(OTS)做“墨水”,通过微接触印刷技术将亲水性硅片表面组装成由亲水微区和疏水微区相间组成的微反应器阵列,将高分子反应体系(甲基丙烯酸甲酯+苯酚)引入到微反应器阵列内进行紫外光聚合,从而制备了图案化的PMMA微六角体阵列。研究结果表明微聚合反应是在疏水性的OTS微区内进行的,这完全符合(甲基丙烯酸甲酯+苯酚)的疏水去润特性;同时还发现微阵列内PMMA颗粒的形貌和大小与反应体系的组成有关。这种直接由高分子单体制备高分子微颗粒阵列是一种新的高分子微/纳米图案化技术,也为制备不同晶态的高分子微颗粒提供了一种新的研究途径。4.制备高分子链微观模型(1)分别用毛细微模塑技术和磁场自组装技术制备了单个的线型PS微球链,对各自的成链机理、成链条件以及链长的可控制性做了相关研究,发现磁场自组装技术更简捷有效。(2)分别采用加热软化和添加中间连接剂聚乙烯吡咯烷酮(PVP)两种途径将微球链上前后仅是物理相邻的PS微球粘接起来,研究结果发现:加热软化粘接起来的PS微球链极其脆弱,易断裂并散落开来,稳定性很差,而且不能够弯曲,呈现出明显的刚性特征,我们称之为“刚性高分子链”;由PVP粘接起来的线型PS微球链有一定的柔性和稳定性,我们称之为“柔性高分子链”,并将其作为真实高分子链的微观模型进行下一步的亚微观模拟工作。5.高分子链凝聚过程的亚微观模拟将PS微球视作高分子链的结构单元,将PVP粘接起来的线型PS微球链当作是真实高分子链的微观模型,通过溶剂挥发的途径分别对不同构型“高分子链”的凝聚过程进行亚微观模拟,观察到了不同条件下“高分子链”的凝聚过程和最终凝聚态,实验结果与已有的理论有一定程度的吻合。希望该工作能够抛砖引玉,为高分子凝聚态物理的研究工作提供一个新的研究思路。
李朝朝[9]2013年在《面向NPSS的滚对平面纳米压印光刻机的研究与开发》文中进行了进一步梳理高亮度LED作为第四代光源的主体，具有节能、环保、寿命长等优点，已成为新一代绿色光源。目前LED仍有巨大的发展空间，增加发光效率、亮度和功率，降低成本是当前LED行业所面临最大的挑战性问题，也是亟待解决和突破的核心问题。采用纳蓝宝石衬底图形化(Nano-patterned Sapphire Substrate,NPSS)提高LED内量子效率和光萃取效率是实现高亮度LED最有效的方法之一。为了满足NPSS高效、低成本批量化生产的要求，本文提出一种新型滚对平面纳米压印工艺，并基于该工艺开展了纳米压印光刻机的研究与开发。主要完成了滚对平面纳米压印光刻机的总体设计以及各个功能模块的设计。其中重点介绍了关键模块压印头的设计，在压印头上设计缓冲装置，实现模具和衬底平行度调节和楔形误差补偿功能。论文中也进行了滚对平面纳米压印填充时间的初步理论分析。为了实现模具和衬底良好的共形接触，本文提出一种叁层软模具滚轮结构：钢滚支撑层、PDMS缓冲层、包含纳微特征结构的Ni特征图形层。其中PDMS层具有高弹性可进一步提高模具与蓝宝石衬底间的共形接触。并论述了具体的制造方法。模具的变形对于压印图形的质量和精度有着重要的影响，本文对模具压印时的变形作了有限元分析，在宏观下，模具变形随着压印力的增大而增大；在微观下，随着压印深度的增加模具变形及应力也随之增加，另外模具特征微尺寸的宽深比也是影响模具变形的重要因素之一，随着模具微特征宽深比的增加，模具变形与应力也会随之增加。另外，本文还对模具主结构作了有限元分析，分析得出增加缓冲装置可以有效降低压印头结构的变形，并可以完成Z方向的微量调动。
肖箫[10]2016年在《基于光敏印章印刷的微制造方法及其应用研究》文中认为作为微机电系统(MEMS)技术的核心,微制造技术一直是学术界的研究热点和工业界的研发重点。目前主流的微制造技术主要有如下几种：光刻、化学刻蚀、LIGA、热压印、纳米压印、软刻蚀／微接触印刷和微机加工,每种方法各有其适用领域。进行MEMS相关产品开发时,需要经历反复迭代的过程,时间跨度长,研发人员希望能尽快得到所设计出的具体产品,以便后续的分析测试。但是适合大批量生产的光刻技术成本昂贵,使得反复迭代设计代价过高,而若使用依赖模版复制的微制造技术,又因为原始模版仍依赖光刻技术,模版本身的制造将导致产品迭代速度放缓,因此寻找一种模板制造更为便捷、成本更为低廉的微制造方法具有重要意义。基于此,本文提出了光敏印章印刷的微制造方法,使用日常生活中的光敏印章垫材料来快速制造所需模版,可作为软刻蚀、微浇注等工艺的复制模版。该方法首先利用叁维软件设计微结构图案,得到掩模,其次将光敏垫和掩模上一齐放入光敏印章机中进行曝光,曝光后,与掩模图案相反的微结构便会传递至光敏印章。以该方法的工艺研究和实际应用为核心,本文的工作主要围绕以下内容展开：一、可行性验证与原理分析。验证了光敏印章印刷工艺用于微结构快速制造的可行性,并从原理上进行分析解释。首先讨论光敏印章中常用的掩模材料及其分别适用的场合；其次,针对曝光能量和曝光次数两大工艺参数进行单因素试验,对曝光效果的影响进行了研究和优化。二、跨尺度多级微结构的快速嵌套加工。跨尺度多级微结构在微电子器件、表面纹理制造、仿生微结构等领域中有着极其广泛的应用。研究发现通过更换掩模,进行多次复合曝光,可实现跨尺度多级微结构的快速嵌套加工。通过调整曝光用的掩模灰度,可实现不同深度微结构的一次成型,从而用于仿生皮肤纹理制造,并在细胞生物学、分析化学等领域具有广阔的应用前景。叁、光敏印章印刷微制造技术在应用层面的拓展。将光敏印章印刷的微制造技术用于微流控纸芯片和柔性电路制造。以图案化的光敏印章为模版,以印刷方式来完成纸芯片制造,并将制得的纸芯片用于亚硝酸根离子浓度分析,操作过程简单快捷；将有亲疏水通道的纸芯片浸润于导电墨水中,待其自然风干后,得到柔性纸基电路,可用于制作柔性微触开关、叁维LED灯等。
参考文献：
[1]. 柔性微图形复制技术的研究[D]. 刘伟庭. 浙江大学. 2003
[2]. 柔性光掩模制备及有机材料表面微图案化研究[D]. 汪炉林. 北京化工大学. 2010
[3]. 面向曲面基底微光学元件加工的纳米压印设备的研究[D]. 吴成年. 哈尔滨工业大学. 2012
[4]. 微透镜阵列的约束电化学刻蚀加工技术与系统[D]. 赵相晖. 上海交通大学. 2014
[5]. 微图形化技术在印刷电子材料的应用研究[D]. 袁晓峰. 苏州大学. 2012
[6]. 曲面3D微结构数字掩模光成型关键技术研究[D]. 张志敏. 南京航空航天大学. 2016
[7]. 带形纳米压印光刻机的研究与开发[D]. 张富饶. 青岛理工大学. 2015
[8]. 软刻蚀技术在高分子科学中的应用[D]. 石锦霞. 中国科学技术大学. 2008
[9]. 面向NPSS的滚对平面纳米压印光刻机的研究与开发[D]. 李朝朝. 青岛理工大学. 2013
[10]. 基于光敏印章印刷的微制造方法及其应用研究[D]. 肖箫. 浙江大学. 2016