基于X光移动光刻技术的PMMA微透镜阵列制备

微透镜阵列的制备已经成为微光学领域的研究热点。利用两次X光移动光刻技术,以聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)为正光刻胶,在PMMA基板上制造了微透镜阵列,并对其制作原理进行了详细说明。设计了制备微透镜阵列用的掩膜图形,并通过掩膜图形模拟仿真,预测了微透镜在两次移动曝光显影后的形状。第一次X光移动光刻后,理论上会得到半圆柱状三维结构;第一次光刻后将掩膜板旋转90,进行第二次移动曝光光刻,最终在PMMA基板上制备了面积为10 mm10 mm的3030个微透镜阵列,阵列中每个微透镜的直径约248m、厚度约82m。同时也研究了X光曝光量与PMMA刻蚀深度之间的关系。微透镜阵列形貌测试表明此种制备微透镜阵列的新方法是可行的。     

一种聚合物实心微针的制作方法

为实现制作微针加工工艺简单、加工周期短及成本低的目的,提出了一种制作聚合物微针的新方法,这种聚合物微针的制作过程主要包括三个部分:微针原始模具的制作、聚合物微针模具的制作和浇铸工艺复制微针。通过KOH腐蚀液刻蚀晶面为{100}的Si片和紫外线对准光刻SU8胶得到由Si-SU8胶构成的原始模具,再在该模具上注入聚二甲基硅氧烷(PDMS)进行转模,固化脱模后在PDMS微针二级模具表面溅射一层Cu/Cr金属薄膜,然后再注入PDMS,得到最终的聚合物微针模具,对该模具进行浇铸工艺,便可批量制作微针。通过浇注PDMS获得微针初始结构,使针尖和针体合为一体,提高了脱模的可靠性;通过改变设计,能得到不同截面尺寸和长度的微针,因此这种方法具有很高的灵活性。     

基于PDMS模具热模压制备微流控通道结构的方法

介绍了一种利用聚二甲基硅氧烷(PDMS)的快速成型来制备模具,再进行热模压制造微流控通道结构的方法。通过在硅片上旋涂SU-8胶进行光刻显影,得到结构模版,在此模版上浇注PDMS,脱模即得到PDMS模具。将PDMS模具进行热压,成功地在聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)基片上复制了特定的微流控通道结构。相对于常规的硅微加工和UV-LIGA工艺制造热模压模具,本方法具有加工周期短、工艺简单、成本低等优点。另外,还对温度、压力、时间等热模压的主要工艺参数进行了初步的优化研究。     

同步辐射X射线深度光刻实验

深度同步辐射光刻是LIGA技术的关键工艺环节。利用同步辐射X射线的高平行性、硬射线的高强度，可以光刻出非常深的胶结构，并且这一结构有着很好的尺寸精度和垂直精度，对加工出微型机械结构，具有重要作用。     

基于准分子激光工艺制作X射线光掩膜

LIGA工艺是一项能够应用于制造三维微机械结构的微细加工技术,但制作掩膜版工艺复杂、成本高。为了解决商用的微光学系统制造成本问题,在Au薄膜上用准分子激光直写的方法制作掩膜,这样既能够很快得到雏形,同时也能够降低制作的掩膜版的成本。分析讨论了基于电子束制作掩膜版和基于准分子激光制作掩膜版两种方法,得出了准分子激光制作的掩膜在成本和时间上都有优势的结论。将通过准分子激光技术制作的掩膜置于X射线下,在PMMA基板上可以加工很好的三维微结构。通过依次直接激光烧蚀金薄膜可以加工具有一系列微球状结构的吸收体图形,再将此图形转写到PMMA基板上,可以得到的最低像素为25μm。     

二次X射线曝光制作凹面光栅

介绍了一种通过微细加工技术即二次X射线曝光制作凹面光栅的方法。首先利用X射线截面光强遵循高斯分布的性质，无LIGA掩模版曝光显影后在PMMA上得到凹面，凹面深度可由曝光时间控制；再用带有光栅图案的LIGA掩模版第二次曝光显影在凹面上制作光栅。利用不同的掩模版，非常方便地制作了一维和二维凹面光栅，其粗糙度RMS值小于20nm。     

质子LIGA工艺的探讨

提出采用掩模法的质子LIGA方法,即利用厚胶光刻产生掩模,然后进行质子束深度刻蚀、显影获得微结构。根据TRIM96程序进行模拟计算,该方法可以获得深度达数毫米、深宽比为30以上的微结构。利用通常的LIGA工艺制备了质子束深度刻蚀的掩模。在高能所35MeV质子加速器上进行曝光试验,结果表明,采用PMMA光刻胶具有足够的灵敏度。     

基于同步辐射光刻工艺和电铸工艺的金属纳米光栅模具制备

随着微电子技术的发展,有必要研究在基板上制备高深宽比并拥有垂直侧壁的微纳结构。基于X射线可以制备高质量的纳米母光栅,利用精密纳米电铸技术从母光栅中复制出高质量的微纳金属光栅模具。研究了一种高深宽比的金属镍光栅模具的制备技术。基于同步辐射光刻技术,在硅基板上制备线宽分别为0.25,0.5,1μm,高2.0μm的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)光栅。利用精密电铸技术,得到线宽分别为0.25,0.5,1μm的金属镍纳米光栅模具,1μm的金属光栅深宽比达1.5。为了获得高质量的PMMA纳米光栅母模,使用了粘接剂,克服了光栅倒伏的缺陷,优化曝光参数,消除了结构底部出现的多余的小三角形结构。     

NOA73材料的微透镜阵列快速制造技术

针对传统微透镜阵列制作工艺复杂、成本高、周期长等缺点,研究了一种低成本、高效率制作微透镜阵列的技术方法。以SU-8负性光刻胶为主模结构材料,采用2次紫外斜曝光工艺,加工出主光轴平行于硅基的微透镜阵列作为主模结构。依次采用聚二甲基硅氧烷(PDMS)软光刻技术和NOA73紫外曝光技术对主模结构进行复制得到PDMS和NOA73 2种材料的微透镜阵列,用共聚焦显微镜观察微透镜阵列的表面形貌并搭建光学检测平台,测试微透镜阵列的成像效果。结果显示,NOA73材料的微透镜阵列具有更好的光学性能。通过上述工艺加工的微透镜阵列具有较好的成像效果和表面形貌,重复性好且加工周期短,可集成在微流式细胞仪中用于样本流的荧光检测,提高了检测精度。     

单像素成像及其在三维重建中的应用

不同于数码相机使用光电探测器阵列来获取图像,单像素成像通过使用一系列掩膜图案对场景进行采样,并将这些掩膜图案中的信息与单像素探测器测量得到的相应光强做关联计算以重建图像。虽然在传统可见光成像领域,单像素成像性能远不如数码相机,但许多研究成果表明,其在复合波长、太赫兹、X射线以及三维成像等一些非常规应用中具有一定优势。介绍了单像素成像技术的发展历程,用数学模型对其成像原理进行了解释,并分析了影响其性能的要点。此外,文中还对三维单像素成像技术的研究工作及其潜在的应用前景进行了总结和展望。     

Fabrication of metallic nanocavities by soft UV nanoimprint lithography

We propose a process combining UV-assisted nanoimprint lithography (NIL) and shadow mask evaporation techniques to fabricate metallic nanoparticles with cavities. A bi-layer transparent soft stamp with a hard top layer containing the high resolution patterns was obtained by spin coating and casting methods of PDMS. Then, it was used to mold the top photo-curable resist on a thick PMMA layer. After removal of the residual NIL resist layer, high density and high aspect ratio PMMA nanopillar arrays were obtained by reactive ion etching. Afterward, a four step evaporation under oblique angle was performed to deposit the gold nanostructures at the top of nanopillars. After lift-off, uniformly sized gold nanocavities were collected. Dark-field microscopy imaging of the fabricated nanocavities shows a clear geometry dependence of the emission peak wavelength, thereby providing a novel types of bio-sensing nano-objects.     

硅油稀释PDMS法制备紫外纳米压印软模板

软模板的制作是紫外纳米压印中关键的技术,模版的分辨率直接决定了压印图形的最小分辨率。使用具有高度均匀、100nm级孔洞阵列结构的多孔氧化铝作为母版,使用基于液态浇铸的硅油稀释聚二甲基硅氧烷(硅油和聚二甲基硅氧烷的质量比为1:2)法制备出具有规则点阵结构的软模板。通过SEM和AFM表征发现,特征图形得到了有效转移,特征尺度保持在100nm左右。相对于传统的模板制备方法,此方法成本低、流程简单、适合大规模生产,是一种非常有前途的软模板制备方法。     

LIGA技术制造微齿轮中X光掩模板图形的CAD设计

介绍了用ＬＩＧＡ技术研制用于微行星齿轮减速器的微齿轮过程中,Ｘ光掩模板图形的ＣＡＤ设计。它包括微齿轮的建模和图形的生成,微齿轮图形的分割及图形的拟合。     

对胶体球光刻中单层胶体晶体曝光特性的研究

对胶体球光刻中单层胶体晶体(MCC)的曝光特性进行了研究。利用磁控溅射的方法在蓝宝石衬底上生长SiO2薄膜并旋涂光刻胶,通过固液界面自组装的方法在光刻胶上制备了单层胶体晶体。胶体球光刻利用单层胶体晶体作为微透镜阵列,通过紫外曝光的方法在光刻胶上制备微孔阵列。光刻胶上图形的周期性与胶体球的直径有关,并且大直径的胶体球的聚光性能要强于小直径胶体球,在曝光过程中随着曝光时间的增加,由于曝光量的增加以及光刻胶的漂白现象,光刻胶上微孔的尺寸也在增加。最后以曝光后的光刻胶为掩膜,将感应耦合等离子体刻蚀技术(ICP)以及湿法腐蚀相结合,制备出了图形化蓝宝石(PSS)衬底。     

基于UV-LIGA技术的双层微齿轮模具镶块工艺

以氧化铟锡(ITO)玻璃作为基底,采用UV-LIGA技术制作了双层微齿轮型腔模具的镶块。首先,采用正胶(RZJ-304)进行光刻,在ITO玻璃表面电镀镍掩模,通过镍掩模对第一层SU-8光刻胶进行背面曝光。再利用正面套刻的方法对第二层SU-8光刻胶进行曝光,显影得到双层微齿轮的胶模。最后,进行微电铸得到双层微齿轮型腔镶块。通过实验验证了双层微齿轮模具镶块制作的工艺流程,优化了其工艺参数,克服了底部曝光不足引起的问题,并对制作工艺过程中产生的涂胶不平整、前烘时胶层不稳定、热板加热不均以及接触式曝光破坏胶层表面等问题进行了研究。所制得的双层微齿轮胶模垂直度高,表面质量好,且套刻精度高。     

Soft-lithographic methods for the fabrication of dielectrophoretic devices using molds by proton beam writing

Proton beam writing (PBW) was applied to the fabrication of dielectrophoretic (DEP) devices equipped with high-aspect-ratio pillar arrays. With coupled use of soft lithography for micro-fluidic channels, we successfully fabricated a device equipped with SU-8 pillar arrays produced by PBW, which is covered with a poly-dimethylsiloxane (PDMS) micro-fluidic channel. For more simplified prototyping of the device, we modified a SU-8 mold for simultaneous replication of both pillar arrays and micro-fluidic channel on PDMS. Replication of pillar arrays is limited to the aspect ratio of less than three.