纳米光刻技术的研究与应用

纳米光电子技术的发展及应用

摘要: 纳米技术（nanotechnology）是用单个原子、分子制造物质的科学技术，研究结构尺寸在0.1至100纳米范围内材料的性质和应用。纳米科学技术是以许多现代先进科学技术为基础的科学技术，它是现代科学和现代技术结合的产物,由纳米技术而产生一些先进交叉学科技术，本文主要讲述的纳米光电子技术就是纳米技术与光电技术的结合的一个实例，随着纳米技术的不断成熟和光电子技术的不断发展，两者的结合而产生的纳米光电子器件也在不断的发展,其应用也在不断扩大。

关键词：纳米技术 纳米光电子技术 纳米光电子器件 应用

一、前言

纳米材料与技术是20世纪80年代末才逐步发展起来的前沿性，交叉性的学科领域，为21世纪三大高新科技之一。而如今，纳米技术给各行各业带来了崭新的活力甚至变革性的发展，该性能的纳米产品也已经走进我们的日常生活，成为公众视线中的焦点。[2

纳米技术的概念由已故美国著名物理学家理查德。费因曼提出，而不同领域对纳米技术的看法大相径庭，就目前发展现状而言大体分为三种：第一种，是美国科学家德雷克斯勒博士提出的分子纳米技术。而根据这一概念，可以制造出任何种类的分子结构；第二种概念把纳米技术定位为微加工技术的极限，也就是通过纳米技术精度的“加工”来人工形成纳米大小的结构的技术；第三种概念是从生物角度出发而提出的，而在生物细胞和生物膜内就存在纳米级的结构

二、纳米技术及其发展史

1993年，第一届国际纳米技术大会(INTC)在美国召开，将纳米技术划分为6大分支：纳米物理学、纳米生物学、纳米化学、纳米电子学、纳米加工技术和纳米计量学，促进了纳米技术的发展。由于该技术的特殊性，神奇性和广泛性，吸引了世界各国的许多优秀科学家纷纷为之努力研究。 纳米技术一般指纳米级(0.1一100nm)的材料、设计、制造，测量、控制和产品的技术。纳米技术主要包括：纳米级测量技术：纳米级表层物理力学性能的检测技术：纳米级加工技术；纳米粒子的制备技术；纳米材料；纳米生物学技术；纳米组装技术等。其中纳米技术主要为以下四个方面

第３１卷第１期　ＶｏＬ　３１　Ｎｏ．１　２０１０　青岛理工大学学报　

Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｑｉｎｇｄａｏ　Ｔｅｅｈｎｏｌｏｇｉｅａ１　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　

纳米压印光刻工艺的研究进展和技术挑战　

丁玉成　

（青岛理工大学机械工程学院，青岛２６６０３３）　

摘要：图形化技术是微纳制造过程的核心工艺之一．目前，作为微纳加工主流工艺的光学光刻技术由于受曝　光波长衍射极限的物理限制，其技术复杂性和设备制造成本大幅增加．纳米压印将传统的模板复型原理应用　到微观制造领域，以其高分辨率、高效率、低成本和工艺过程简单的特点，引起了各国研究人员的广泛关注．作　

为一种接触式几何约束流变成形方式，纳米压印必然衍生出许多新的挑战性问题．在阐述纳米压印工艺构成　要素的基础上，对目前的若干主要压印技术工艺变种进行了简要综述，总结出了纳米压印所涉及的基本理论　

问题，并对纳米压印在集成电路制造中所面临的挑战进行了分析．　关键词：微纳制造；纳米压印光刻；研究进展；技术挑战　中图分类号：ＴＮ３０５；ＴＨ１６　文献标志码：Ａ　文章编号：１６７３—４６０２（２０１０）Ｏ１－－０００９－－０７　

Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｐｒｏｇｒｅｓｓ　ｏｆ　Ｎａｎｏｉｍｐｒｉｎｔ　Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ　

ａｎｄ　Ｉｔｓ　Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｃｈａｌｌｅｎｇｅｓ　

ＤＩＮＧ　Ｙｕ－ｃｈｅｎｇ　

（Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｑｉｎｇｄａｏ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｑｉｎｇｄａｏ　２６６０３３，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｐａｔｔｅｒｎｉｎｇ　ｉｓ　ｏｎｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃｒｉｔｉｃａｌ　ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ　ｉｎ　ｍｉｃｒｏ－ａｎｄ　ｎａｎｏ－ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ．Ａｓ　ａ　

ｄｏｍｉｎａｎｔ　ｎａｎｏ—ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ　ｐｒｏｃｅｓｓ，ｔｈｅ　ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ　ｏｐｔｉｃａｌ　ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ　ｈａｖｅ　

２０１３年１０月　第２９卷第５期　陕西理工学院学报（自然科学版）　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｓｈａａｎｘｉ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（Ｎａｔｕｒａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　Ｅｄｉｔｉｏｎ）　０ｅｔ．２０１３　Ｖｏ１．２９　Ｎｏ．５　

［文章编号］１６７３—２９４４（２０１３）０５—０００１—０５　

纳米压印光刻技术的研究与发展　

陈建刚　，　魏培　，　陈杰峰　，　赵知辛　，　何雅娟　

（１．西安交通大学机械７－程学院，陕西西安７１００４９；２．陕西理工学院机械工程学院，陕西汉中７２３０００）　

［摘要］　介绍纳米压印光刻技术的研究现状和发展状况，分析常用的热压印（Ｈｏｔ　Ｅｍｂｏｓｓ．　ｉｎｇ　Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ，ＨＥＬ）、紫外固化压印（Ｕｌｔｒａ　Ｖｉｏｌｅｔ　Ｎａｎｏｉｍｐｒｉｎｔ　Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ，ｕＶ—ＮＩＬ）及微接触　

压印（Ｍｉｃｒｏ　Ｃｏｎｔａｃｔ　Ｐｒｉｎｔｉｎｇ，　一ＣＰ）三种光刻的工艺过程。探讨纳米压印光刻方法的优缺点及　影响压印图形质量的主要因素，旨在加深对纳米压印光刻工艺过程（模具制作、压印过程及图　

形转移）深层次的理解和认识，从而解决纳米压印光刻过程中存在的一些关键问题，为新型纳　米压印技术的研究和发展提供必要的科学依据。　

【关键词］　纳米压印；　工艺过程；　图形质量；　关键问题　［中图分类号］ＴＮ３０５．７　［文献标识码］　Ａ　

０　引　言　

纳米压印光刻技术（Ｎａｎｏｉｍｐｒｉｎｔ　Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ，ＮＩＬ）是一种操作简单、图形转移性能好、加工时间短及　

成本低廉的图形复制方法，采用机械模具微复型的原理来代替传统的光学光刻，降低了对特殊曝光束　

源、高精度聚焦系统、极短波长透镜系统以及抗蚀剂分辨率受光波场效应的限制和要求，该方法是由美　国普林斯顿大学的华裔科学家Ｓｔｅｐｈｅｎ　Ｙ．ＣＨＯＵ等于１９９５年首先提出，为纳米光刻技术的研究与发展　提供了新思路，许多知名大学和研究机构都在致力于纳米压印光刻技术的研究、开发与应用，如哈佛大　

纳米光学技术的发展

随着科学技术的进展和人类对世界探索的深入，纳米光学技术由此应运而生，成为一个备受关注的前沿领域。纳米光学技术是一种基于高精度，高灵敏度的光学测量和操作手段，其应用范围涉及材料学、生物学、光子学等多个领域。在当前的技术革新中，纳米光学技术将起到至关重要的作用，有着广阔的发展前景。

一、纳米光学技术的发展历程

1947年，霍尔提出“扫描隧道显微镜”（STM）的概念。1981年，本杰明·内贝尔发明“原子力显微镜”（AFM），为测量纳米级中物体表面的形态、纹理和力学性质创造了可能。1992年哈里斯等人首次在金属表面上实现了显微镜下的“光束刻蚀”，1997年电影《夺眼帘》中便用到了这一技术。这些发明为纳米光学技术发展的历程提供了基础，为后续的研究工作奠定了坚实的基础。

随着纳米精度制造技术的逐渐成熟，人们开始探索使用线尺寸小于光学波长的电子束和X射线束介入到纳米光学成像与制造领域。

二、纳米光学技术的应用探索

纳米光学技术在微电子、信息存储、化学生物学、医学和环境分析等多个领域都有直接或间接的应用。

1.生物医学领域

纳米光学技术具有检测分子，病原体和细胞超分辨率等优越特性，在生命科学和医学领域中有广泛的应用。如：超高分辨显微技术（如随心电子显微镜），纳米药物传递、纳米材料表面的化学修饰技术及其生物分子匹配、纳米传感器、病毒和蛋白质结构研究。

2.纳米光学器件

纳米发光材料是纳米光学器件中最活跃的研究领域之一。借助纳米材料在不同波长下的强光学荧光效应，再结合蛋白质质谱、基因检测、单精子痕迹检测等方法，可以实现高灵敏、高选择性的检测分析。

3.物理信息存储

由于其对行程分辨率和高密度的控制能力，近年来，学者们也将目光投向纳米光学领域，在信息存储和处理方面进行研究。同样，基于金属纳米颗粒的表面等离激元耦合技术也被广泛应用于信息加密、传输和存储领域。

三、纳米光学技术的挑战与前景

纳米光学技术在实际应用过程中还面临着很多挑战。其中最重要的一个挑战是如何制造出精密的光学部件，以满足高精度实验的需求。纳米光学技术的另一个挑战是如何保持精度和稳定性。由于其所涉及的组分和精密度极高，在操作过程中往往需要特定的环境和条件。因此，与传统的光学技术相比，纳米光学技术的开发成本较高，速度较慢，需要更多的时间和投入。