淺談納米圖像印刷技術(shù)
發(fā)布時(shí)間：2024-06-13 點(diǎn)擊：95
（１）微接觸印刷技術(shù)（mcp）
就是把有機(jī)高分子溶液作油墨，涂于硅橡膠印版的圖像部分，通過微接觸印刷的方法，將印版凸起處的有機(jī)高分子轉(zhuǎn)移至被印基板表面（圖6）。由于發(fā)明者的巧妙設(shè)計(jì)，有機(jī)高分子被牢牢地吸著在基板表面上，形成分子厚度的凹凸圖像。人們把這種技術(shù)稱為微接觸印刷技術(shù)。這里需要說明的，是在早期的實(shí)驗(yàn)中，作為油墨用的是帶巰基的有機(jī)高分子乙醇溶液，所謂的基板是指表面鍍有一層金膜的硅片材。當(dāng)人們將硅橡膠印版上含巰基的高分子溶液轉(zhuǎn)印到金膜上，便形成了自組裝式的單分子膜圖像。日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所納米工藝學(xué)研究部的水谷亙等人指出，除含巰基的有機(jī)高分子溶液可作為微接觸印刷的油墨使用外，最近科學(xué)家們又發(fā)現(xiàn)了表面具有化學(xué)活性的氨基硅烷，也是一種性能非常好的油墨。用這種油墨印刷出的圖像（基板為云母片），經(jīng)原子能顯微鏡（afm）檢測確認(rèn)，在氨基硅烷圖像的表面吸附著大量的dna 分子。人們認(rèn)為，這是因?yàn)榘被柰楸砻娴恼姾膳c具有負(fù)電荷的dna 分子相互吸引的結(jié)果。
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微接觸印刷不但具有快速、廉價(jià)的優(yōu)點(diǎn)，而且還不需要潔凈間的苛刻條件，甚至不需要絕對(duì)平整的表面。微接觸印刷還適合多種不同表面，具有操作方法靈活多變的特點(diǎn)。該方法的缺點(diǎn)是在亞微米尺度，印刷時(shí)硫醇分子的擴(kuò)散將影響對(duì)比度，并使印出的圖形變寬。通過優(yōu)化浸墨方式、浸墨時(shí)間，尤其是控制好壓模上墨量及分布，可使擴(kuò)散效應(yīng)下降。
（2）毛細(xì)管微造型術(shù)（mimic）
就是將具有納米凹凸圖像的印版置于基板表面，這時(shí)印版圖像凹凸處與基板表面形成極細(xì)的縫隙（毛細(xì)管），然后把液體聚合物滴在硅橡膠印版上。由于毛細(xì)管作用，液體聚合物便自行進(jìn)入這些縫隙中。如果我們將縫隙中的聚合物固化后并將兩者分離開來，即可獲得精細(xì)的納米凹凸圖像。該技術(shù)可在光學(xué)組件等的制造領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。
（3）微轉(zhuǎn)印造型術(shù)（mtm）
就是將預(yù)聚物當(dāng)做油墨，施涂于硅橡膠印版的凹陷處，通過轉(zhuǎn)印方式，把預(yù)聚物轉(zhuǎn)移到基板表面，再加熱固化，形成納米凹凸圖像。我們把這種印刷方法稱為微轉(zhuǎn)印造型術(shù)。
（4）近場相位轉(zhuǎn)換印刷術(shù)（psl）
就是在基板上涂布光致抗蝕劑涂層后，再用硅橡膠模具在抗蝕劑涂膜上轉(zhuǎn)印圖像，并把它作為接觸曝光的掩膜，如用紫外光對(duì)其接觸曝光。由于硅橡膠模具轉(zhuǎn)印的凹凸圖形引發(fā)相位轉(zhuǎn)換，從而有可能形成圖像。不過，前提條件是圖像凹凸部位的尺寸大小要比紫外光的波長還小，近場光的作用才能使圖像轉(zhuǎn)印成為現(xiàn)實(shí)。最近有文獻(xiàn)報(bào)導(dǎo)，用此種技術(shù)可在球面上形成納米圖像。
除此之外，還有納米化學(xué)平板印刷術(shù)。它是納米材料自裝配技術(shù)的最新類型之一。在科學(xué)家的演示中，這一工藝能夠有效地形成非常穩(wěn)定的納米粒子周期隊(duì)列，而不被先前平板印刷術(shù)（例如原子顯微鏡浸沾印刷術(shù)、激光平板印刷術(shù)、電子束平板印刷術(shù)、軋壓印刷術(shù)等）中的很多瑕疵和局限所限制。納米化學(xué)平板印刷術(shù)包括制作納米尺寸的周期模板技術(shù)，要求對(duì)大小、尺寸、空間分布及功能的絕對(duì)控制。納米化學(xué)平板印刷術(shù)是一個(gè)多種技術(shù)的結(jié)合體，其中粒子的排列是通過反映活性的不同來控制，反映活性則由粒子及其表面暴露于何種類型的化學(xué)處理中來決定。
科學(xué)家利用聚合在硅芯片上的石榴紅發(fā)光釔鋁（yag）納米粒子，向其中合成添加劑粒子并結(jié)晶來測定他們的形狀和成分。在將納米粒子聚合在硅芯片上之前，科學(xué)家利用一種基于「原子步移」現(xiàn)象的蝕刻技術(shù)，預(yù)先在硅芯片上雕刻模板。由于硅芯片表面自然存在的原子高位的步伐，科學(xué)家能夠通過處理來移動(dòng)這些原子，從而制造出所需的模板。化學(xué)反應(yīng)（硅、氮、氧之間）所形成的氮化物薄層相應(yīng)地形成于原子步移的邊界上，從而預(yù)先雕刻模板于芯片上。為了使顆粒沿著芯片上的模板排列起來，科學(xué)家將樣品置于一個(gè)超高真空室中退火處理幾個(gè)小時(shí)。經(jīng)過攝氏500 -850度的處理，不僅獲得了基于范本精確排列的納米粒子，而且還獲得了另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)。使用這一技術(shù)測量淬火處理后，納米材料的排列還可以顯示其強(qiáng)度。一般來說，很多納米粒子都承受于光子漂白作用之下，這一損傷是由于暴露在高強(qiáng)光下引起；而另一方面，這些粒子卻在科學(xué)家熒光成像測量技術(shù)中的延長照明中保持著它們的初始狀態(tài)。
總而言之，納米圖像印刷并非傳統(tǒng)意義的印刷技術(shù)，它是一種新近涌現(xiàn)的所謂軟印刷技術(shù)。該技術(shù)突破了今天印刷精度的極限（微米級(jí)別），把印刷推進(jìn)到了納米加工的尺度。從而成為納米結(jié)構(gòu)、納米器件，甚至納米機(jī)器制造的重要手段之一。納米圖像印刷技術(shù)目前被認(rèn)為是最接近實(shí)用化的制造技術(shù)，它預(yù)示著精細(xì)加工領(lǐng)域正在發(fā)生著深刻的變革。具有納米結(jié)構(gòu)超精細(xì)圖像的制造，將從科學(xué)家們的實(shí)驗(yàn)室中走出來，并迅速邁向?qū)嵱没A段，日本目前已有納米印刷裝置在市場上出售。但為了形成良好的結(jié)構(gòu)體，還必須發(fā)展以納米模板和樹脂材料為先導(dǎo)的相關(guān)技術(shù)，目前這一研究正在全世界范圍內(nèi)展開。納米圖像印刷技術(shù)的應(yīng)用重點(diǎn)主要是電子和微電子領(lǐng)域，但也開始涉及邊緣能源等領(lǐng)域。隨著以納米圖像印刷技術(shù)為代表的軟印刷技術(shù)研究的不斷深入，它必將促進(jìn)電子、微電子、印刷及其它相關(guān)技術(shù)更深遠(yuǎn)的革命。
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就是把有機(jī)高分子溶液作油墨，涂于硅橡膠印版的圖像部分，通過微接觸印刷的方法，將印版凸起處的有機(jī)高分子轉(zhuǎn)移至被印基板表面（圖6）。由于發(fā)明者的巧妙設(shè)計(jì)，有機(jī)高分子被牢牢地吸著在基板表面上，形成分子厚度的凹凸圖像。人們把這種技術(shù)稱為微接觸印刷技術(shù)。這里需要說明的，是在早期的實(shí)驗(yàn)中，作為油墨用的是帶巰基的有機(jī)高分子乙醇溶液，所謂的基板是指表面鍍有一層金膜的硅片材。當(dāng)人們將硅橡膠印版上含巰基的高分子溶液轉(zhuǎn)印到金膜上，便形成了自組裝式的單分子膜圖像。日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所納米工藝學(xué)研究部的水谷亙等人指出，除含巰基的有機(jī)高分子溶液可作為微接觸印刷的油墨使用外，最近科學(xué)家們又發(fā)現(xiàn)了表面具有化學(xué)活性的氨基硅烷，也是一種性能非常好的油墨。用這種油墨印刷出的圖像（基板為云母片），經(jīng)原子能顯微鏡（afm）檢測確認(rèn)，在氨基硅烷圖像的表面吸附著大量的dna 分子。人們認(rèn)為，這是因?yàn)榘被柰楸砻娴恼姾膳c具有負(fù)電荷的dna 分子相互吸引的結(jié)果。
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微接觸印刷不但具有快速、廉價(jià)的優(yōu)點(diǎn)，而且還不需要潔凈間的苛刻條件，甚至不需要絕對(duì)平整的表面。微接觸印刷還適合多種不同表面，具有操作方法靈活多變的特點(diǎn)。該方法的缺點(diǎn)是在亞微米尺度，印刷時(shí)硫醇分子的擴(kuò)散將影響對(duì)比度，并使印出的圖形變寬。通過優(yōu)化浸墨方式、浸墨時(shí)間，尤其是控制好壓模上墨量及分布，可使擴(kuò)散效應(yīng)下降。
（2）毛細(xì)管微造型術(shù)（mimic）
就是將具有納米凹凸圖像的印版置于基板表面，這時(shí)印版圖像凹凸處與基板表面形成極細(xì)的縫隙（毛細(xì)管），然后把液體聚合物滴在硅橡膠印版上。由于毛細(xì)管作用，液體聚合物便自行進(jìn)入這些縫隙中。如果我們將縫隙中的聚合物固化后并將兩者分離開來，即可獲得精細(xì)的納米凹凸圖像。該技術(shù)可在光學(xué)組件等的制造領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。
（3）微轉(zhuǎn)印造型術(shù)（mtm）
就是將預(yù)聚物當(dāng)做油墨，施涂于硅橡膠印版的凹陷處，通過轉(zhuǎn)印方式，把預(yù)聚物轉(zhuǎn)移到基板表面，再加熱固化，形成納米凹凸圖像。我們把這種印刷方法稱為微轉(zhuǎn)印造型術(shù)。
（4）近場相位轉(zhuǎn)換印刷術(shù)（psl）
就是在基板上涂布光致抗蝕劑涂層后，再用硅橡膠模具在抗蝕劑涂膜上轉(zhuǎn)印圖像，并把它作為接觸曝光的掩膜，如用紫外光對(duì)其接觸曝光。由于硅橡膠模具轉(zhuǎn)印的凹凸圖形引發(fā)相位轉(zhuǎn)換，從而有可能形成圖像。不過，前提條件是圖像凹凸部位的尺寸大小要比紫外光的波長還小，近場光的作用才能使圖像轉(zhuǎn)印成為現(xiàn)實(shí)。最近有文獻(xiàn)報(bào)導(dǎo)，用此種技術(shù)可在球面上形成納米圖像。
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科學(xué)家利用聚合在硅芯片上的石榴紅發(fā)光釔鋁（yag）納米粒子，向其中合成添加劑粒子并結(jié)晶來測定他們的形狀和成分。在將納米粒子聚合在硅芯片上之前，科學(xué)家利用一種基于「原子步移」現(xiàn)象的蝕刻技術(shù)，預(yù)先在硅芯片上雕刻模板。由于硅芯片表面自然存在的原子高位的步伐，科學(xué)家能夠通過處理來移動(dòng)這些原子，從而制造出所需的模板。化學(xué)反應(yīng)（硅、氮、氧之間）所形成的氮化物薄層相應(yīng)地形成于原子步移的邊界上，從而預(yù)先雕刻模板于芯片上。為了使顆粒沿著芯片上的模板排列起來，科學(xué)家將樣品置于一個(gè)超高真空室中退火處理幾個(gè)小時(shí)。經(jīng)過攝氏500 -850度的處理，不僅獲得了基于范本精確排列的納米粒子，而且還獲得了另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)。使用這一技術(shù)測量淬火處理后，納米材料的排列還可以顯示其強(qiáng)度。一般來說，很多納米粒子都承受于光子漂白作用之下，這一損傷是由于暴露在高強(qiáng)光下引起；而另一方面，這些粒子卻在科學(xué)家熒光成像測量技術(shù)中的延長照明中保持著它們的初始狀態(tài)。
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