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纳米压印技术纳米加工技术—纳米压印摘要：半导体器件的特征尺寸必需急剧减小才能满足集成电路迅速发展的需要，采用纳米加工技术可制备出纳米量级的图案及器件。
纳米压印作为纳米加工技术中具有较大潜力的一种工艺，采用非光学技术手段实现纳米结构图形的转移，有望打破传统光刻技术的分辨率极限。
本文从原理入手，介绍了纳米压印技术的分类、发展及应用。
文中所述内容有助于快速理解纳米压印技术的整体概况，对进一步改善纳米压印工艺的性能有着较重要的意义。
1 引言21世纪以来，由半导体微电子技术引发的微型化革命进入了一个新的时代，即纳米技术时代[1]。
纳米技术指的是制备和应用纳米量级(100nm以下)的结构及器件。
纳米尺度的材料性质与宏观尺度的大为不同。
比如块状金的熔融温度为1063℃，而2nm-3nm的纳米金粒子的熔融温度为130℃-140℃等。
功能结构的纳米化不仅节约了能源和材料，还造就了现代知识经济的物质基础。
纳米技术依赖于纳米尺度的功能结构与器件，而实现结构纳米化的基础是先进的纳米加工技术。
在过去几十年的发展中，纳米加工技术不仅促进了集成电路的迅速发展，实现了器件的高集成度，还可以制备分子量级的传感器操纵单个分子和原子等等。
纳米加工技术是人类认识学习微观世界的工具，通过理解这一技术可以帮助我们更好认识纳米技术以及纳米技术支撑的现代高科技产业。
纳米加工技术与传统加工技术的主要区别在于利用该工艺形成的器件结构本身的尺寸在纳米量级。
可以分为两大类[1]：一类是自上而下(top-down)的加工方式，即复杂的微观结构由平面衬底表面逐层建造形成，也可以理解为在已经存在材料的基础上进行特定加工实现纳米结构和器件。
目前发展较为成熟的纳米加工技术，如光刻(平面工艺)、纳米压印(模型工艺)、探针工艺等都属于此类加工技术。
此类加工方式大多涉及到某种方式的光刻制作图形与图形转移技术，可加工的结构尺寸受限于加工工具的能力。
传统的纳米加工工艺相当成熟，可基本满足各种微观结构的研究与生产需要。
纳米压印技术进展及应用一、概述纳米压印技术，作为一种前沿的微纳加工技术，近年来在科研与工业界引起了广泛的关注。
该技术通过机械转移的方式，将模板上的微纳结构高精度地复制到待加工材料上，从而实现了对材料表面的纳米级图案化。
与传统的光刻技术相比，纳米压印技术不仅具有超高的分辨率，而且能够大幅度降低加工成本，提高生产效率，因此在微电子、生物医学、光学等众多领域展现出了广阔的应用前景。
纳米压印技术的发展历程可追溯至20世纪90年代中期，由美国普林斯顿大学的_______教授首次提出。
随着研究的深入和技术的不断完善，纳米压印技术已经逐渐从实验室走向了产业化。
纳米压印技术已经能够实现对各种材料的微纳加工，包括硅、金属、聚合物等，并且在加工精度和效率方面均取得了显著的进步。
在应用领域方面，纳米压印技术已经在半导体器件制造、生物医学传感器、光学元件制造等多个领域取得了成功的应用案例。
在半导体器件制造中，纳米压印技术可用于制造微处理器、存储器等微纳器件，提高器件的性能和可靠性；在生物医学领域，纳米压印技术可用于制造仿生材料、生物传感器等，为疾病的诊断和治疗提供新的手段；在光学领域，纳米压印技术可用于制造微纳透镜、光纤等光学元件，提高光学系统的性能。
纳米压印技术作为一种新型的微纳加工技术，具有广泛的应用前景和巨大的市场潜力。
随着技术的不断进步和应用领域的不断扩展，纳米压印技术将在未来发挥更加重要的作用，推动科技和工业的快速发展。
1. 纳米压印技术的定义与基本原理纳米压印技术，作为一种前沿的微纳加工技术，正逐渐在微电子、材料科学等领域展现出其独特的优势。
该技术通过机械转移的方式，实现了对纳米尺度图案或结构的高效、精确复制，为制备具有纳米特征的结构和器件提供了强有力的手段。
纳米压印技术的基本原理在于利用压力和热力学效应，将具有纳米结构的模具上的图案转移到待加工材料表面。
制备一个具有所需纳米结构的模具，这一步骤通常依赖于电子束或光刻技术等高精度加工方法。
纳米压印设备的工作原理
纳米压印设备是一种利用纳米压印技术实现微纳米结构制备的设备。
其工作原理主要包括以下几个步骤：
1. 模板制备：首先需要制备具有所需微纳米结构的模板，可以通过电子束曝光、激光刻蚀等方法制备出高质量的模板。
2. 涂覆：将待加工的基材表面涂覆上一层称为预浸液的聚合物溶液，以形成一层均匀的涂层。
3. 压印：将制备好的模板与涂覆了预浸液的基材接触，并施加适当的压力，使模板中的微纳米结构转移至基材表面。
压印过程中，预浸液中的聚合物溶液会填充到模板的微纳米结构之间，以进一步增强模板与基材之间的接触。
4. 固化：压印完成后，需要对基材表面的微纳米结构进行固化，使其具有稳定的形状和性质。
固化可以通过热处理、紫外线照射等方式进行，促使预浸液中的聚合物发生交联反应，形成固体结构。
通过以上步骤，纳米压印设备可以实现对基材表面微纳米结构的高精度复制和制备，进而用于一系列领域，如纳米光学器件、纳米电子器件等。
随着科技的进步和发展，人们从理论和实验研究中发现，当许多材料被加工为具有纳米尺度范围的形状时，会呈现出与大块材料完全不同的性质。
这些特异的性质向人们展现了令人兴奋的应用前景。
而在开发超大规模集成电路工艺技术的过程中，人们已经开发了一些能够进行纳米尺度加工的技术，例如电子束与X射线曝光，聚焦离子束加工，扫描探针刻蚀制技术等。
但这些技术的缺点是设备昂贵，产量低，因而产品价格高昂。
商用产品的生产必须是廉价的、操作简便的，可工业化批量生产的、高重复性的；对于纳米尺度的产品，还必须是能够保持它所特有的图形的精确度与分辩率。
针对这一挑战，美国“明尼苏达大学纳米结构实验室”从1995年开始进行了开创性的研究，他们提出并展示了一种叫作“纳米压印”(nanoimprint lithography) 的新技术[1]。
纳米材料在电子、光学、化工、陶瓷、生物和医药等诸多方面的重要应用而引起人们的高度重视.一纳米材料的概述：从分子识别、分子自组装、吸附分子与基底的相互关系、分子操作与分子器件的构筑，并通过具体的例证加以阐述，包括在STM 操作下单分子反应有机小分子在半导体表面的自指导生长; 多肽-半导体表面特异性选择结合.生物分子/无机纳米组装体、光驱动多组分三维结构组装体、DNA 分子机器。
所谓纳米材料指的是具有纳米量级从分1~100 nm 的晶态或非晶态超微粒构成的分子识别走向分子信息处理和自组织作用的固体物质。
纳米压印技术具有产量高、成本低和工艺简单的优点，是纳米尺寸电子器件的重要制作技术。
纳米压印技术主要包括热压印、紫外压印(含步进—闪光压印)和微接触印刷等。
本文首先描述了纳米压印技术的基本原理，然后介绍了传统纳米压印技术的新进展，如气压辅助纳米压印技术、激光辅助压印技术、静电辅助纳米压印技术、超声辅助纳米压印技术和滚轴式纳米压印技术等。
最后特别强调了纳米压印的产业化问题。
我们希望这篇综述能够引起国内工业界和学术界的关注，并致力于在中国发展纳米压印技术。
纳米压印光刻工艺及其制造设备纳米压印光刻工艺是一种用于制作微纳米结构的先进工艺，其制造设备具有非常高的精度和复杂的工作原理。
本文将详细探讨纳米压印光刻工艺及其制造设备的原理、应用和发展趋势。
1. 纳米压印光刻工艺的原理纳米压印光刻工艺是一种通过模板将纳米级结构迅速转移到衬底表面的工艺。
其主要原理是利用模板与衬底间的力学变形，在高温和高压的条件下将模板上的图案转移到衬底表面上。
这一工艺通过不断压印、退印和清洗的循环过程，实现了高精度、高效率的微纳米结构制作。
2. 纳米压印光刻工艺的制造设备纳米压印光刻工艺的制造设备主要包括压印机、模板、衬底和控制系统。
压印机通常包括压印头、压印台和加热系统，能够提供足够的力和温度以确保模板与衬底之间的完全接触，并实现最佳的压印效果。
模板则是影响最终结构质量的关键因素，其制备需要高精度的光刻和电子束刻蚀技术。
衬底的选择与应用也至关重要，要根据具体的微纳米结构需求来进行合理选择。
3. 纳米压印光刻工艺的应用纳米压印光刻工艺在半导体、光伏、生物医学和纳米电子等领域有着广泛的应用。
在半导体行业中，纳米压印光刻工艺可以用于制作纳米级线路、光子晶体和纳米光栅等；在光伏领域，可用于制备太阳能电池表面的抗反射结构；在生物医学领域，可用于制备微流控芯片和细胞培养基板等。
这些应用都离不开纳米压印光刻工艺的支持，其高精度和高效率为微纳米结构的制备提供了重要保障。
4. 纳米压印光刻工艺的发展趋势随着科学技术的不断进步，纳米压印光刻工艺也在不断发展。
未来，人们对其精度、速度和多样化需求将会不断提高，因此其制造设备也需要不断迭代更新。
随着新材料和新技术的引入，纳米压印光刻工艺的应用范围将会不断扩大，为人类社会的发展带来更多可能性。
5. 个人观点和总结纳米压印光刻工艺及其制造设备是一种高精度、高效率的微纳米结构制备工艺，其在科学研究和产业应用中有着重要地位。
我对其发展前景充满信心，相信在未来的发展中，纳米压印光刻工艺将会发挥出更加重要的作用，为人类社会的进步做出更大的贡献。
纳米压印光刻工艺及其制造设备-回复什么是纳米压印光刻工艺及其制造设备？纳米压印光刻工艺是一种利用模板对材料进行微/纳米结构制造的技术。
纳米压印光刻技术常用于制造纳米光电子学和纳米光学器件，并在纳米科学和纳米技术的研究领域得到了广泛的应用。
这种技术通过压印模板上的纳米图案，将模板上的图案转移到受体材料上，从而制造出具有纳米尺寸特征的结构。
纳米压印光刻技术通常需要以下制造设备：1. 压印设备：压印设备是纳米压印光刻工艺的核心设备，用于将压印模板与受体材料接触并施加压力。
压印设备通常分为手动和自动两种类型。
手动压印设备需要操作人员手动操作，而自动压印设备则可以通过计算机程序实现自动化操作。
2. 模板制造设备：压印模板是纳米压印光刻工艺的关键部分。
模板制造设备用于制造模板上的纳米结构。
常用的模板制造技术包括电子束曝光、离子束曝光和纳米压印等。
这些设备可以在高精度和高分辨率下制造出具有纳米尺寸特征的模板。
3. 清洗设备：清洗设备用于清洗模板和受体材料，以确保在压印过程中没有杂质和污染物。
清洗设备通常可以使用化学方法或物理方法进行清洗，例如超声波清洗和离子束清洗等。
4. 涂敷设备：涂敷设备用于在受体材料表面均匀涂覆压印材料，以便在压印过程中实现更好的结合。
常用的涂敷技术包括旋涂、喷涂和溅射等。
纳米压印光刻工艺的步骤包括以下几个方面：1. 模板制备：首先，制备具有所需纳米结构的压印模板。
这可以通过电子束曝光或离子束曝光等制造技术实现。
2. 受体材料涂敷：将受体材料在涂敷设备上均匀涂敷在基板上。
3. 模板对齐：将模板放置在压印设备上，并使用显微镜等设备进行模板对齐，以确保模板上的纳米结构与受体材料上的待制造结构对齐。
4. 压印过程：将受体材料与模板接触，并施加适当的压力。
这会导致模板上的纳米结构被转移到受体材料上，形成所需的纳米结构。
5. 清洗和处理：清洗压印后的样品，去除杂质和污染物，并进行可能的后续处理，例如光刻、薄膜沉积或电子束曝光等。
第４期申溯，等：微区微纳米压印技术及设备８０９
压印单元的压印，依次完成所有单元，如图２（ｄ）所示。
每个压印单元的微纳结构取向和压印力大小都由预先设定的计算机程序控制。
分布微区微纳米压印技术可实现大幅面样品的压印，每个压印单元压印深度、取向可控，弥补了现有压印技术中的缺陷。
（ａ）准备压印第１个单元
（ａ）Ｂｅｆｏｒｅｉｍｐｒｉｎｔｉｎｇｔｈｅ１ｕｎｉｔ作速度调节容易，安装维护简单。
在设计的装置中着重解决了两个问题：（１）减少气体压力波动对压印效果的影响；（２）避免活塞高速运动带来的冲击，冲击效应不仅会导致压印图形效果下降，而且会使压印模仁的使用寿命缩短。
通过气路系统（如图３所示）精密控制气体压力。
从气源中出来气体经过过滤后，一路经过精密减压阀（１）、储能器进入外先导型电磁阀，为活塞运动提供下行动力。
另一路经过减压阀（２）后作为外先导型电磁阀的驱动气源和活塞上行动力。
外先导型电磁阀为三位五通，响应时间为１２ｍｍ，绝对精度为２％，从气缸８出来的气体经过该电磁阀排出。
高精密压力传感器（ＦｅｓｔｏＳＤＥｌ）提供压力反馈信号，最大测压值２ｂａｒ。
压力传感器碣Ｉ储能器，、精密减压阀（１）
（ｂ）第１个单元压印完成卧（ｂ）Ａｆｔｅｒｉｍｐｒｉｎｔｉｎｇｔｈｅ１ｓｔｕｎｉｔ气缸
（ｃ）压印头旋转后压印其他单元
（ｃ）Ｒｏｔａｔｉｎｇｔｈｅｍｏｌｄａｎｄｉｍｐｒｉｎｔｉｎｇｏｔｈｅｒｕｎｉｔｓ
（ｄ）完成所有压印单元
（ｄ）Ａｌｌｕｎｉｔｓｈａｖｅｂｅｅｎｄｏｎｅ
图２微区微纳米工艺示意图
Ｆｉｇ．２ＰｒｏｃｅｓｓｏｆＭＮＩＬ
３分布微区微纳米压印设备的研制
根据上述微区微纳米压印技术的设想，本文研制了基于热压印的分布微区微纳米压印设备。
装置的压力驱动采用气体动力，气动装置工
电磁阀
Ｅ
图３微区纳米压印气动驱动气路示意图
Ｆｉｇ．３Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｏｆｔｈｅｇａｓｃｉｒｃｕｉｔｓ
气缸活塞带动压印模仁运动，在与工作平面垂直的方向上的行程可由程序中设定抬升时间来限定。
压印模仁由伺服电机（ＰａｎａｓｏｎｉｃＭｉｎａｓＡ４）控制旋转角度，电机驱动器内部采用了四倍频技术，脉冲当量为ｏ．０３６。
，达到制作衍射光变图像所需的ｏ．２５。
的精度要求。
加热及温度传感装置安装于压印头部，加热温度范围从室温至２００℃。
分布微区纳米压印的另一关键技术是平台移位精度的控制旧７｜。
实验中压印样品承载台由ＰＭＡＣ卡控制的直线电机传动Ｌ８Ｊ，并通过高精度光栅尺实现闭环反馈控制嘲。
直线电机传动响应快，可得到大的瞬时加、减速度。
采用光栅尺定位的方法在许多大行程直线测量设备中具有广泛应用，其长度测量系统的分辨率已达到纳米级，测量速度为６０～４８０ｍ／ｍｉｎ，测量长度为１～１００ｍ。
本系统采用上述的传动定位系统，光栅尺定位精
度为Ｏ．１弘ｍ。
８１０光学精密工程第１７卷４实验结果和讨论
图４为实际制作的微区纳米压印装备压印
头结构示意图。
气缸驱动导轨上的滑块上下运
动，ｚ轴电机驱动压印头在工作平面内旋转。
微动
开关用于ｚ轴运动强制限位。
缓冲器减缓模压头
的冲击作用。
采用ＬＩＧＡ工艺制作金属（Ｎｉ）模
版，安装于模仁夹具。
图４微区微纳米压印装备压印头部结构图
Ｆｉｇ．４ＭｏｕｌｄｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆＭＮＩＩ。
图５是ＰＭＡＣ卡控制的直线电机启动归位定位精度示意图。
可以看到，平台启动运行至预设位置（距离起点ｌｏｏ肛ｍ）需要时间１２０ｍｓ，其中上升时间４２ｍｓ，经过７８ｍｓ微调后实现定位。
目前使用ｏ．１扯ｍ精度的光栅尺定位系统直线运动。
归位时的情况与启动时类似。
＼Ｆ僦
图５ＰＭＡＣ卡控制直线电机启动一归位脉冲与时间关系Ｆｉｇ．５ＲｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｍｏｔｏｒｈｏⅡ１ｉｎｇｐｕｌｓｅａｎｄｔｉｍｅ利用所研制的微区微纳米压印机，在聚碳酸酯（Ｐｏｌｙｃａｒｂｏｎａｔｅ，ＰＣ）上进行压印纳米结构的压印实验，结果如图６（ａ）所示。
压印模版上的光栅结构周期为５００ｎｍ，占宽比为ｏ．５。
在ＰＣ材料上的压印深度约为１５０ｎｍ。
实验还表明，压印深（ａ）压印亚微米光栅微结构ＳＥＭ照片。
光栅周期为４８０ｎｍ，压印深度为２００ｎｍ
（ａ）Ｓｕ卜ｍｉｃｒｏｎｐｅｒｉｏｄｇｒａｔｉｎｇｓｗｉｔｈｐｅｒｉｏｄｏｆ４８０ｎｍａｎｄｄｅｐｔｈｏｆ２００ｎｍ
（ｂ）压印微透镜阵列结构
扩散膜微结构
（ｂ）Ｓｕｒｆａｃｅｐｒｏｆｉｌｅｏｆ
ｆａｂｒｉｃａｔｅｄｍｉｃｒｏｌｅｎｓ
ａｒｒａｙｓ（ＭＩ。
Ａ）
（ｃ）光扩散膜效果
（ｃ）Ｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｏｆ
ｄｉｆｆｕｓｉｎｇｅｆｆｅｃｔ
刚ｍｍ
（ｄ）扩散半径测试结果，内插图为微结构显微照片（ｄ）ＭｅａｓｕｒｅｄｄｉｆｆｕｓｉｎｇｒａｄｉｕｓｏｆｆａｂｒｉｃａｔｅｄｓａｍｐｌｅｗｉｔｈＭＩ。
Ａ．Ｔｈｅｉｎｓｅｔｉｓｔｈｅｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙｐｈｏｔｏｏｆｒａｎｄｏｍｌｙｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄｍｉｃｍｌｅｎｓａｒｒａｙ．
图６压印微结构
Ｆｉｇ．６
ＭｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｆａｂｒｉｃａｔｅｄｂｙＭＮＩＬ
８１２光学精密工程第１７卷
●下期预告
多种群遗传算法的全景成像系统非球面设计
王丽萍１’２，张立超１，何锋赘１，金春水１
（１．中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林长春１３００３３２；
２．中国科学院研究生院，北京１０００３９）
提出了一种基于多种群遗传算法的折反射全景成像系统复杂非球面的设计方法。
结合广义科丁顿公式及几何光学原理，推导出非球面两镜系统像散表达式。
在此基础上，利用多种群遗传算法以像散作为非球面两镜系统像差评价参数，求解出满足消像散及指定透视投影关系的非球面面形方程。
给出多种群遗传算法求解非球面面形的实现过程。
并用遗传算法最小二乘混合优化算法得到了便于实现光线追迹和像差计算的非球面多项式。
研制了一个焦距为一１．２ｍｍ，Ｆ数为２，视场为３５。
～９０。
的折反射全景成像系统，给出了实验图像，获得了较好的成像质量。
微区微纳米压印技术及设备
作者：申溯， 周雷， 魏国军， 陈林森， SHEN Su， ZHOU Lei， WEI Guo-jun， CHEN Lin-sen 作者单位：苏州大学,信息光学工程研究所,江苏,苏州,215006
刊名：
光学精密工程
英文刊名：OPTICS AND PRECISION ENGINEERING
年，卷(期)：2009,17(4)
被引用次数：3次
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