纳米压印多孔硅模板的研究

纳米压印模板通常采用极紫外光刻、聚焦离子束光刻和电子束光刻等传统光刻技术制备,成本较高.寻找一种简单、低成本的纳米压印模板制备方法以提升纳米压印光刻技术的应用成为研究的重点与难点.本文以多孔氧化铝为母模板,采用纳米压印光刻技术对纳米多孔硅模板的制备进行了研究.在硅基表面成功制备出纳米多孔阵列结构,孔间距为350—560 nm,孔径在170—480 nm,孔深为200 nm.在激发波长为514 nm时,拉曼光谱的测试结果表明,相对于单面抛光的硅片,纳米多孔结构的硅模板拉曼光强有了约12倍左右的提升,对提升硅基光电器件的应用具有重要的意义.最后,利用多孔硅模板作为纳米压印母模板,通过热压印技术,成功制备出了聚合物纳米柱软模板.     

振动辅助纳米压印制备大面积光栅结构北大核心CSCD

为了解决纳米压印过程中填充率低下,压印图案易发生形变等问题,提出了一种新型振动辅助纳米压印方法。在压印过程中对压印胶施加横向的振动,增大了压印力,从而提高了填充率。运用时域有限差分法(finite difference time domain,FDTD),在波长300 nm~1000 nm范围内,数值模拟了不同光栅结构,得到了光栅结构参数变化对其吸收率的影响规律。在振动辅助装置上进行振动辅助纳米压印实验,实验结果表明:与传统纳米压印技术相比,压印胶的填充率提高了30%,并改善了压印后微结构的表面形貌,减少了缺陷。     

软模板纳米压印技术及其对共轭高分子的取向控制研究

纳米压印模板通常需要经过电子束光刻、电子束沉积、光刻胶剥离、反应离子刻蚀等一系列复杂工艺获得,这使得纳米压印模板的制作难度大,成本高. 寻找一种灵活简单的纳米压印模板制备方法以提升纳米压印模板的制作效率,是广泛应用纳米压印技术的研究重点和难点. 本文以写好光栅结构的电子束光刻胶层为母模板,获得聚二甲基硅氧烷软模板,并以此为模板对共轭高分子聚(9,9-二辛基)芴薄膜进行纳米压印,实现光栅结构转移,成功制备出纳米光栅结构的共轭高分子薄膜. 偏振吸收谱和透射电镜结果表明,纳米压印实现图案转移的同时,还可以将共轭高分子的主链控制在光栅条纹方向,这对有机发光器件性能的提升具有重要的意义. 研究结果还表明,应用该方法同样可以对聚(9,9-二辛基芴共苯并噻二唑)薄膜进行光栅图案化,同时实现其取向控制. 关键词： 纳米压印 软模板共轭高分子 分子链取向     

基于Mueller矩阵椭偏仪的纳米压印模板与光刻胶光栅结构准确测量

在纳米压印工艺中,对模板和压印结构的几何参数进行快速、低成本、非破坏性地准确测量具有非常重要的意义.与传统光谱椭偏仪只能改变波长和入射角2个测量条件并且在每一组测量条件下只能获得振幅比和相位差2个测量参数相比,Mueller矩阵椭偏仪可以改变波长、入射角和方位角3个测量条件,而且在每一组测量条件下都可以获得一个4×4阶Mueller矩阵共16个参数,因此可以获得更为丰富的测量信息.通过选择合适的测量条件配置,充分利用Mueller矩阵中的测量信息,有望实现更为准确的纳米结构测量.基于此,本文利用自主研制的Mueller矩阵椭偏仪对硅基光栅模板和纳米压印光刻胶光栅结构进行了测量.实验结果表明,通过对Mueller矩阵椭偏仪进行测量条件优化配置,并且在光学特性建模时考虑测量过程中出现的退偏效应,可以实现压印工艺中纳米结构线宽、线高、侧壁角以及残胶厚度等几何参数更为准确的测量,同时对于纳米压印光刻胶光栅结构还可以直接得到光斑照射区域内残胶厚度的不均匀性参数.     

反射型光变色超表面滤光结构

提出了一种反射型超表面滤光结构,该滤光结构由基底、低折射率纳米光栅、Ag光栅、SiNx高折射率介质层组成.理论模拟结果表明:45°入射角下,在垂直于光栅栅线的入射平面内,反射谱峰值出现在475 nm波长处;在平行于光栅栅线的入射平面内,反射谱峰值出现在550 nm波长处.其电场分布特性表明,在不同的平面内TE偏振入射光激发的导模共振区域不同,TM偏振下激发的导膜共振强度与表面等离子体共振强度不同,导致该结构在垂直于光栅栅线方向与平行于光栅栅线方向的两个平面内表现出两种截然不同的颜色.基于此制备的超表面结构样品不但光变色效果明显,且易于与纳米压印工艺相结合实现大幅面光变色结构制备,在防伪和图案信息编码等领域有广阔的应用前景.     

基于纳米压印的大角度衍射光学元件批量化制备方法

针对大角度(大于50°)衍射光学元件低成本、批量化制备的需求,提出一种基于纳米压印技术的制备方法.首先利用光学曝光技术或电子束直写技术制备衍射元件的原始母板,然后将原始母板的结构通过纳米压印过程复制到压印胶上,完成衍射光学元件的制备.由于纳米压印母板可以多次重复使用,降低了制作成本,提高了效率.用该方法制备了不同特征尺寸(最小为250nm,衍射全角为70°)的衍射光学元件,具有良好的衍射效果,实现了对高深宽比浮雕结构的高保真复制.该技术可实现从微米到纳米跨尺度兼容的衍射光学元件的高保真、低成本、批量化制备.     

激光干涉结晶技术制备二维有序分布纳米硅阵列

利用结合移相光栅掩模 (PSGM) 的激光结晶技术在超薄a-SiN_x/a-Si:H/ a-SiN _x三明治结构样品中制备出二维有序分布的纳米硅阵列.原始样品是用等离子体 增强化学气相淀积法生长.a-Si:H层厚为10nm，a-SiN_x 为50nm，衬底材料为SiO ₂/Si或 熔凝石英.原子力显微镜、剖面透射电子显微镜、高分辨透射电子显微镜对样品表面形貌和 微结构的观测结果表明，采用该方法可以在原始淀积的a-Si:H层中得到位置可控的晶化区域 ：每个晶化区域直径约250nm，具有同PSGM一致的2μm周期；晶化区域内形成的纳米硅 颗粒尺寸接近原始淀积的a-Si:H层厚，且晶粒的择优取向为<111>. 关键词： 纳米硅 激光结晶 定域晶化 移相光栅     

基于阳极氧化铝纳米光栅的薄膜硅太阳能电池双重陷光结构设计与仿真

本文提出了表面和底部均带有阳极氧化铝(AAO)纳米光栅的薄膜硅太阳能电池双重陷光结构,利用FDTD软件仿真研究了AAO纳米光栅的周期、厚度和占空比对薄膜硅太阳能电池短路电流密度的影响,并对AAO结构参数进行了优化.仿真结果表明,表面AAO最佳结构参数是周期440 nm,厚度75 nm,占空比0.5,底部AAO最佳结构参数是周期380 nm,厚度90 nm,占空比为0.75.双重AAO组合陷光结构可有效增加薄膜硅太阳能电池在280—1100 nm范围内的光吸收,吸收相对增强可以达到74.44%.     

介质光栅/金属薄膜与银立方体复合结构的SPs研究

理论设计了介质光栅/金属薄膜与银纳米立方体复合结构,通过有限元方法数值模拟计算了该结构中的超高电场增强因子.使用442nm波长的激光作为表面等离子体的激发光源,研究不同尺寸银纳米立方体的消光谱以及不同光栅周期和厚度的反射光谱,得到的该复合结构的最优参数为:光栅周期312nm,厚度90nm,银纳米立方体70nm.在最优参数条件下,数值模拟了复合结构中的电场增强分布,介质光栅/金属薄膜与银纳米立方体复合结构由于存在局域表面等离子体和传播表面等离子体的共振耦合,使得光栅脊与银纳米立方体下顶点接触处热点的电场增强因子高达1.53×106.该复合结构产生的超高电场增强因子,有望应用于表面增强拉曼散射的研究.     

硅表面抗反射纳米周期阵列结构的纳米压印制备与性能研究

硅表面固有的菲涅耳反射, 使得硅基半导体光电器件(如太阳能电池、红外探测器)表面有30%以上的入射光因反射而损失掉, 严重影响着器件的光电转换效率. 寻找一种方法降低硅基表面的反射率, 进而提高器件的效率成为近年来研究的重点.本文基于纳米压印光刻技术, 在2 英寸单晶硅表面制备出周期530 nm, 高240 nm的二维六角截顶抛面纳米柱阵列结构. 反射率的测试表明, 当入射光角度为8° 时, 有纳米结构的硅片相对于无纳米 结构的硅片来讲, 在400到2500 nm波长范围内的反射率有很明显的降低, 其中, 800到2000 nm波段的反射率都小于10%, 在波长1360 nm附近的反射率由31%降低为零. 结合等效介质理论和严格耦合波理论对结果进行了分析和验证. 关键词： 纳米压印 截顶抛物面阵列 抗反射 等效介质理论     

基于光谱椭偏仪的纳米光栅无损检测

本文制备了硅基和光刻胶两种材料的纳米光栅,利用自研制的新型广义椭偏仪对该纳米结构的光栅进行了测量,随后利用建立的拟合模型对其测量数据进行了拟合,结果证明了运用该仪器进行纳米光栅结构无损检测的可行性,在入射角60°,方位角75°的测量条件下,纳米结构关键尺寸、侧壁角等三维形貌参数的测量精度最大可达99.97%,最大误差小于1%,该技术对于无损检测有着一定的推动意义. 关键词： 纳米压印 光栅 无损检测 拟合     

一种简单高效的制备硅纳米孔阵结构的方法

本文介绍了一种简单高效的制备硅纳米孔阵结构的方法. 利用激光干涉光刻技术, 结合干法和湿法刻蚀工艺, 直接将光刻胶点阵刻蚀为硅纳米孔阵结构, 省去了图形反转工艺中的金属蒸镀和光刻胶剥离等必要步骤, 在2英寸的硅 (001) 衬底上制备了高度有序的二维纳米孔阵结构. 利用干法刻蚀产生的氟碳有机聚合物作为湿法刻蚀的掩膜, 以及在干法刻蚀时对样品进行轻微的过刻蚀, 使SiO₂点阵图形下形成一层很薄的硅台面, 是本方法的两个关键工艺步骤. 扫描电子显微镜图片结果表明制备的孔阵图形大小均匀, 尺寸可控, 孔阵周期为450 nm, 方孔大小为200–280 nm. 关键词： 激光干涉光刻 纳米阵列 刻蚀 氟碳有机聚合物     

基底温度对中阶梯光栅厚铝膜质量的影响

大尺寸中阶梯光栅具有大孔径和极高的衍射级次,可以实现普通光栅难以达到的极高光谱分辨率。中阶梯光栅通常是利用刻划机在厚铝膜上刻划而成,所以制备大面积均匀性的高质量铝膜刻划基底是实现高性能大尺寸中阶梯光栅的关键因素。在较厚铝膜的制备工艺中,基底温度是至关重要的工艺参数。本文通过电子束热蒸发镀铝工艺在不同基底温度下制备了厚铝膜样品,并利用原子力显微镜、扫描电镜等手段从宏观和微观尺度详细分析了基底温度对铝膜质量的影响。铝膜平均晶粒尺寸从100℃时的264.34 nm增大到200℃时的384.97 nm和300℃时的596.35 nm,表面粗糙度Rq从100℃时的34.7 nm增长到200℃时的58.9 nm和300℃时的95.1 nm。结果表明,随着基底温度的升高表面粗糙度迅速增大,铝膜的表面质量严重退化。     

金光栅/金纳米颗粒SERS基底的设计、制备及其性能

表面等离子激元（SPP）和局域表面等离子共振（LSPR）耦合产生的电场增强显著高于单纯LSPR引起的电场增强。因此一种新型高效的表面增强拉曼散射（SERS）基底是寄希望于在一种复合基底中实现SPP-LSPR耦合获得的。基于SPP-LSPR耦合机理,提出一种针对633 nm激光使用的金光栅/金纳米颗粒SERS基底的设计思路以及光栅和纳米颗粒的具体结构参数。为了验证设计方法的正确性,利用电子束光刻法和化学合成法分别制备了具有相应几何尺寸特征的金光栅和金纳米颗粒,并将它们复合在一起得到了光栅/纳米颗粒SPP-LSPR耦合型复合SERS基底,这个基底相比仅有金纳米颗粒制备的LSPR型SERS基底,在检测R6G溶液时浓度可以降低2个数量级,增强因子是后者的72倍,实验结果和时域有限差分（FDTD）法理论拟合的结果基本一致。     

一步水热法在Al掺杂ZnO纳米盘上可控自组装合成ZnO纳米棒阵列

通过简单的水热合成路线,在没有模板、表面活性剂的作用和未处理的基底上合成出铝掺杂ZnO 纳米盘,并以纳米盘为基底自组装合成了ZnO纳米棒阵列.扫描电镜(SEM)观察到铝掺杂ZnO纳米盘的厚度为 200 nm,纳米盘的尺寸约为2 μm;纳米棒的直径约为150 nm,长约1.5 μm.通过不同生长阶段的形貌变化探讨了ZnO纳米结构的形成机理,表明自组装过程存在两个成核阶段.另外, 研究了铝离子掺杂对样品光致发光性质的影响.     

飞秒激光形成的半导体低维结构与发光

采用飞秒激光辐照硅和硅锗样品,用扫描电子显微镜(SEM)观察样品同,发现样品上产生了某低维结构.用飞秒激光作用产生等离子体相干驻波对硅和硅锗表面的融蚀模型来解释低维结构的形成机制,发现硅的表面周期约为400 nm的光栅结构在波长719 nm处有较强的光致荧光(PL)峰.该光致荧光的发光强度较小,其机制可从激光的脉宽和重复率两个方面来分析.当激光辐照的能量明显超过硅的融蚀阈值时,光栅形状消失,另一种锥状结构开始形成.控制加工条件,可以获得用于衍射和微分束的纳米光栅.     

用同步辐射光刻直接在有机玻璃板上制备高深宽比亚微米光栅

为了将平面金属膜紧密耦合到纳米光栅形成的表面等离子体共振传感器,以提高灵敏度,以及利用亚微米光栅调整共振反射波长,需要制备亚微米结构光栅。介绍了一种基于X光光刻的亚微米结构光栅的制造技术。该结构光栅是利用日本立命馆大学的同步辐射光源进行同步辐射光光刻,在有机玻璃(PMMA)板上直接得到亚微米光栅。用此纳米加工技术获得的光栅线宽为250 nm,周期为500 nm,深宽比为8的PMMA亚微米结构光栅。还优化了曝光近接间隔、曝光剂量和显影时间等同步辐射光刻参数。     

假塑性流体纳米压印中影响填充度的因素

作为新一代的半导体加工工艺, 直接金属纳米压印以其步骤简单、成本低等显著优点得到迅速的发展. 然而目前纳米压印中所采用的转移介质在流动状态下为牛顿流体, 牛顿流体的黏度是一个常量, 而假塑性流体具有黏度随着剪切速率的增大而逐渐减小的趋势, 更适用于纳米压印. 综合假塑性流体的剪切稀化特性以及直接金属图形转移的优点, 将不同大小的金属纳米粒子分散在基液中制成假塑性金属纳米流体并将其作为转移介质用于纳米压印中. 基于假塑性流体的Carreau流变模型利用COMSOL软件仿真分析金属纳米粒子假塑性流体参数集对图形压印转移的影响, 完成假塑性流体与牛顿流体分别作为转移介质实现图形转移的对比分析. 同时还得到了压印过程中影响填充度的各个因素, 如流体黏度、施加压强、掩模板移动速度等. 研究工作为金属纳米粒子假塑性流体制备以及纳米压印流程的设计提供了理论基础. 关键词： 纳米压印 假塑性流体 填充度     

孔径梯度变化的聚苯乙烯多孔薄膜的制备

 为了对聚合物多孔材料的微观孔结构进行控制,利用垂直沉积技术,制备了蛋白石结构和多层异质结构的SiO₂胶体晶体,并通过模板导向前驱物填充手段,获得了反蛋白石结构和孔径梯度变化的聚苯乙烯多孔薄膜。扫描电镜分析表明,聚苯乙烯多孔结构精确复制了原始模板的反结构。光学透射谱显示,填充聚苯乙烯后复合蛋白石光子禁带位置相对原始模板发生红移,除去模板后,光子禁带位置发生蓝移。根据布拉格衍射方程,计算出胶体晶体模板空隙的填充分数。     

用于折射率传感的聚合物基狭缝波导的模拟与制备

设计了在极近红外波段(890 nm)的聚合物基狭缝波导微环折射率传感器.分析了波导高度、宽度及狭缝宽度对灵敏度的影响,以找到最佳的设计标准用于折射率传感.采用电子束光刻工艺制备了硅母版模,并用独特的氟化聚合物PFPE从硅母版模上成功制备了柔性软模具.采用紫外软压印工艺制备了聚合物基狭缝波导.波导的宽度和高度以及狭缝波导的宽度分别约为510 nm、830 nm和234 nm,聚合物狭缝波导残留层的厚度约为350 nm.制备的狭缝波导具有高的高宽比并与低成本批量生产工艺相兼容.