納米粒子光刻技術(shù)

納米粒子光刻需要高度有序的粒子沉積

納米光刻是一種非常有前途的制造技術(shù)。不同于激光干涉，深紫外，電子束或離子束光刻，納米光刻技術(shù)擁有平行放大的特點(diǎn)，以及在復(fù)雜基底結(jié)構(gòu)如曲面上刻蝕的能力。這項(xiàng)技術(shù)的初始投資成本較低，且可以應(yīng)用于多種材料�；�底可以是非導(dǎo)電的、半剛性的、透明的或非透明的，而納米粒子本身(通常是納米球)可以由金屬、無機(jī)物或聚合物組成。

探索納米結(jié)構(gòu)的技術(shù)可以分為研究長程有序(超過數(shù)萬個(gè)重復(fù)單位)和短程有序(數(shù)百到數(shù)千個(gè)重復(fù)單位在多晶排列)兩種。對(duì)于自組裝過程，納米粒子光刻技術(shù)可以通過基底特性的幫助，實(shí)現(xiàn)長程晶態(tài)有序自組裝過程。然而，對(duì)于那些大多數(shù)只需要中程或短程有序的高填充比率--如制備小批量原理性實(shí)驗(yàn)制備--納米微粒光刻技術(shù)就成為了首選技術(shù)。

納米粒子光刻一般分為兩個(gè)階段：

•膠體掩模的形成

•在膠體掩膜的幫助下，完成沉積或蝕刻

在一個(gè)自組裝過程中，膠體掩模制作的關(guān)鍵是了解制備過程中使用的納米材料的具體性質(zhì)。基于此，我們可以開始調(diào)控自組裝的驅(qū)動(dòng)力。例如粒子間在潤濕線表現(xiàn)出的相互作用力，以及它在基底表面移動(dòng)。

一旦在選擇的基板上得到了單層納米粒子掩膜，就可以通過第二步過程的應(yīng)用轉(zhuǎn)化成無數(shù)不同的納米結(jié)構(gòu)拓?fù)洹＿@些包括但不限于:等離子體刻蝕、物理氣相沉積和溶劑型剝離。這些標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)的不同組合可以產(chǎn)生一系列的納米結(jié)構(gòu)。

了解納米粒子間的相互作用特性

納米顆�？梢杂啥喾N材料制成，如金屬、金屬氧化物和聚合物。納米粒子的表面能很高，這是由于較高的比表面所致。裸露的納米粒子傾向通過吸附周圍分子、凝結(jié)、聚集等這樣的方式降低比表面積來達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。在光刻應(yīng)用中，三維的聚集體的形成是不可取的。通過修飾粒子表層，控制納米顆粒凝固的趨勢(shì)。配體分子可以附著在納米顆粒表面上，其存在可以阻止團(tuán)聚，并在溶劑中控制粒子的溶解度。懸浮液中的納米顆粒通常是一些組分復(fù)雜的物質(zhì)，一個(gè)由軟的有機(jī)外殼包裹的固態(tài)表面。 理解這一點(diǎn)可以在選擇掩膜時(shí)更好地了解材料本質(zhì)。

常見的膠體掩膜

聚苯乙烯和二氧化硅納米顆粒是最常用的制備膠體掩模材料�？梢酝ㄟ^合成或購買單分散膠體溶液來得到，粒徑從5納米到數(shù)10微米不等。由于后期制備納米結(jié)構(gòu)與納米粒子的粒徑分布有直接的關(guān)系，簡單的調(diào)整納米顆粒的大小即可改變納米結(jié)構(gòu)的特征。

考慮使用納米微球光刻技術(shù)的人都會(huì)很快注意到制備膠體掩膜的一些問題。乍一看，似乎在固體基底上獲得納米顆粒只是將固體浸入到納米粒子溶液中。對(duì)于某些應(yīng)用來說，這種做法可能是正確的，但對(duì)于納米微球的光刻技術(shù)來說，這幾乎是不可能成功的。如果要想形成均勻的單層納米顆粒，則需要一個(gè)可控性更好的制備技術(shù)。

要閱讀更多關(guān)于膠體晶體掩膜的制備方法，請(qǐng)下載題為“最常見的5種納米顆粒沉積方法”的短篇綜述。