近年来,不同学科、不同技术间的相互交叉、相互渗透、相互融合的现象十分明显,一大批新学科、新技术由此浮出水面。被人们称为“软印刷技术”之一的纳米图像印刷技术(Nanoimprint Technology)就是一门刚刚冒头的新技术。它一登台亮相,便十分引人注目,并纷纷跟进,投入研究和开发之中。
该技术吸纳了纳米技术、精细加工技术、接触印刷技术、界面科学及新材料等众多科学技术之精华,并深入研究才开发出来的。初看起来,这项技术与CD、DVD制作中的热压印技术十分相似。然而,经仔细比较后,人们又不难看出,两者有明显的不同。前者仅仅是微米级的加工技术,而后者在许多方面显现出的却是通过原子、分子级别的转移(移位)而形成图像的;前者属一般意义的精细加工,而后者是运用纳米制造学原理,获取超精细图形的加工技术。如果我们把前者称为20世纪的技术的话,那么,后者无疑是21世纪的新兴技术了。
纳米图像印刷技术之所以引人注目,是因为该技术与传统精细加工(如光刻蚀技术、真空蒸镀技术、电子束加工技术和化学蚀刻技术等)不同,它既无需苛刻的加工环境要求(如超净车间、防震技术指标等),又无需严格的条件控制(如恒温、恒湿、高真空度等),就能高精度地加工出各种纳米凹凸图形来。并且还可大批量、低成本地制作此类产品。对此,日本的宫内等人,在发表的相关文章中,特别对包括纳米图像印刷技术在内的软印刷技术与传统工艺之间,制图作了比较。
纳米图像印刷技术作为一门实用性很强的应用技术,它在纳米电子器件、纳米光学元件、纳米生物传感器及其他具有纳米结构的功能图形制作方面,将显现出其独特的技术优势。
今天,人们也毫不怀疑纳米图像印刷技术,将为IT与微电子产业、生物与生命科学、环境与新能源技术等领域的加速发展带来重大的影响。纳米图像印刷技术的研究与开发,始于20世纪90年代中后期,它是由美国普林士顿大学的Chou教授首先开创的,经过近10年的研究、深化和技术配套,目前,该技术正进入初步的实用化阶段。与此同时,Chou教授又亲自出马组织策划,并相继(或计划)召开一系列相关国际会议(Internotional Conferenceon Nanoimprint Nanoprint Technology),以促使该技术提升并向全球拓展开来。第1届、第2届国际会议分别于2002年12月和2003年12月在美国本土的波士顿等地召开。只过了1年,即2004年12月,又在奥地利的维也纳召开了第3届国际会议。紧接着,计划中的第4届大会将于2005年10月在日本的奈良召开。总之,纳米图像印刷技术,由此从理论到实践、从研发到初步实用化,都已迈出了坚实的步伐,其影响也已波及世界各地。
一、什么是纳米图像印刷技术
所谓纳米图像印刷技术,说到底是一种新型的压印转印技术,它将被广泛用于纳米凹凸图形的加工制作。纳米图像印刷技术就是将具有纳米凹凸图像的模具作“印版”,用预先涂有聚合物涂层的硅片或玻璃片等作基板(被印物),在相应的设备和器具配合下,通过精确压印并定型以后,再把模具与基板分离开来。这时,人们会发现,存在于模具表面的纳米凹凸图像便准确无误地被转印到基板表面的聚合物膜上了。
这个被转印出的图像与模具表面的凹凸图形大小相等,深浅一致。但形状正好相反(阴转阳的图像),即前者的凸起处恰是后者凹下去的地方,反之亦然。我们把这种利用印刷压模的原理转印出具有纳米凹凸图形的技术,叫做纳米图像印刷技术。关于纳米图像印刷的工艺过程,我们可以将Chou教授早期的实验以文字归纳并表述如下。
1.模具的加工制作模具是实施纳米图像印刷的重要部件,也是图像的“给体”。模具加工的精细程度如何,在某种意义上说,它将决定凹凸图像转印质量的高低。因此,模具的制作显得尤为重要。首先,Chou教授在模板片材(如金属、玻璃、硅、二氧化硅/硅等)上,涂布一种被称为电子抗蚀剂的树脂(聚甲基丙烯酸甲酯)膜,然后,按预先设计好的图形,通过电子束,在该膜上直接扫描出掩膜,再以此掩膜为基础,用干刻蚀的方法,在模板表面刻蚀出
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