基于纳米压印技术制备人工微结构光电功能材料工艺研究

作     者：林亮 

作者单位：南京大学 

学位级别：硕士

导师姓名：卢明辉;陈延峰

授予年度：2013年

学科分类：080903[工学-微电子学与固体电子学] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

主      题：纳米压印 聚焦离子束 阳极氧化 无需对准纳米压印 图形蓝宝石衬底 

摘      要：纳米压印技术是20世纪90年代中期由Stephen Chou首先提出的概念,自从面世以来,纳米压印技术以其高分辨率、高产量、低成本的优点引起了科研人员的广泛关注。本论文对纳米压印技术的模板制备、工艺实施和应用方面进行了研究。 利用聚焦离子束刻蚀方法制备了微区的不同深度模板,包括了简易的光栅结构和较为复杂的嵌套复合结构,所制备的模板线宽均匀,结构稳定,符合设计初衷,为人工结构的制备奠定了基础。而且还利用阳极氧化的方法制备了大面积较为有序的多孔氧化铝模板,研究了相关参数对多孔结构的影响,可以通过柔性复合模板复制转移其结构加以运用。 本文对硅-金属复合结构在抗反射方面的优势进行了分析,结合现阶段纳米压印加工中对准问题带来精细操作和仪器设备成本的实际情况,设计了无需对准纳米压印制备硅-金属复合结构的工艺流程,并利用聚焦离子束刻蚀制备的不同深度模板进行制备。采用热塑性纳米压印将模板上的不同深度结构转移为热塑性纳米压印胶上的不同高度结构,进而利用电感耦合等离子体刻蚀将结构1：1从胶层转移到硅上,获得不同高度的硅结构,在样品表面再涂覆一层热塑性纳米压印胶完全覆盖结构区并利用无结构平面模板纳米压印的方法使表面平坦,然后整体刻蚀胶层暴露出较高的硅结构区,并调整气体进行胶和硅选择性刻蚀,达到刻蚀掉高硅而其他区域仍被胶层保护的效果,最后电子束蒸发沉积金属并超声举离制备出了硅-铬复合结构,还对不同条件下的结果进行了分析和比较,提出了下一步的改进方向。 从蓝宝石衬底上的图形的存在使界面处发生光散射和降低外延生长缺陷密度的角度,本文分析了图形蓝宝石衬底对于提高LED的发光强度和使用寿命方面的价值,并设计选择了三步图形转移过程来制备图形蓝宝石衬底的工艺方法。采用柔性复合模板紫外光固化纳米压印方法完成图形从柔性复合模板到紫外光固化胶层的转移,利用电感耦合等离子体刻蚀方法完成图形从紫外光固化胶层到湿法腐蚀掩模二氧化硅层的转移,最后用高温硫酸磷酸混合液的湿法腐蚀方法完成结构从二氧化硅到蓝宝石衬底的转移,成功制备出了3μ m周期,1μ m直径,深度约450nm的圆孔结构四方阵列图形蓝宝石衬底,并且在该图形蓝宝石衬底上生长了LED,测量其光致发光谱发现,结构区的光致发光谱的峰位置没有发生变化,而其峰位的强度和积分强度分别比无结构区平面LED提高了29.2%和25.8%。