一种柔性材料的纳米通道及其母模的制备方法

本发明涉及纳米流体器件领域，特别涉及一种柔性材料的纳米通道及其母模的制备方法。

背景技术：

1、纳流控是研究流体在纳米孔或者纳米通道中运动机制及应用的新兴领域。纳流控与传统的微流控相比，基于纳米孔和纳米通道的微小尺寸，这些特点使得器件出现一些只有在纳米尺度才出现的传输特性，例如大的表面积和体积比导致毛细现象的出现和扩散限制反应以及纳米通道中的表面电荷和离子强烈地相互作用使得双电荷层发生重叠，出现表面电荷主导纳米通道中的离子传输。基于这些纳米通道独有的特性，纳流控在生物、能源，海水提纯等领域展现巨大的应用前景。

2、纳米通道作为纳流控器件的关键部件，针对不同的材质，需要提出特定的制备工艺，其中制备的材料主要分为两大类：一类是刚性材料，例如玻璃，单晶硅，多晶硅等，另一类是柔性材料，例如pdms、pmma和pet等。其中柔性材料具有透光性好，抗腐蚀性强，柔性好，价格低廉等优点，同时也存在不耐高温以及导热性差的不足。沿用针对刚性材料的纳米通道制备工艺，目前已经无法在柔性材料上，制备出高质量的纳米通道，同时为了使得基于柔性材料的纳流控器件得到更好的应用和研究，因此，需要开发一种针对柔性材料的纳米通道母模的制备方法。

3、为此，提出本发明。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于提供一种柔性材料的纳米通道及其母模的制备方法，以填补柔性材料纳米通道专一性母模的空白，并且具有较高的精度，耐磨损且脱模容易，适合基于柔性材料的纳米通道的批量生产，并且该方法对不同纳米图形的适用性强。

2、为了实现以上目的，本发明提供了以下技术方案。

3、本发明的第一方面提供了一种柔性材料的纳米通道的母模的制备方法，其包括：

4、在硅基衬底上形成光刻胶；

5、对光刻胶进行曝光和显影，在光刻胶中形成预设版图的沟道，所述沟道贯穿所述光刻胶至硅基衬底；

6、然后在所述光刻胶上方形成硬掩膜层，所述硬掩膜层填充所述沟道；

7、之后剥离去除光刻胶，最后在所述硬掩膜层的遮挡下刻蚀硅基衬底。

8、由于现有刚性材料的纳米通道是直接在刚性材料上加工，无需母模，然而柔性材料难以直接加工，若借助母模可以实现更高精度的图案制作。

9、鉴于此，本发明以上方法通过硅基衬底与硬掩膜层的结合不仅可以在更多层次上控制母模尺寸，以满足不同纳米图形的需求，而且可以将光刻胶的版图稳定、精确地转移至硅基衬底，提高母模精度。

10、在此基础上，本发明还通过其他方面(包括但不限于材料选择、各步骤工艺条件、预处理等)进一步改进制备工艺，以提高图案精度、提高制备效率、减少缺陷等，如下文列举。

11、优选地，所述硬掩膜层包括堆叠的铬层和金层。

12、铬层可以增加金层与衬底的粘附性，并且这两种材料具有一定的硬度以及与硅的高刻蚀选择比，可以将图案更精确地转移至衬底上，且自身不被损伤。

13、优选地，所述硅基衬底包括硅层和氧化硅层，所述光刻胶形成于所述氧化硅层表面。

14、氧化硅层可以起到绝缘作用，适用于需要绝缘的加工工艺中。

15、优选地，所述光刻胶采用正电子光刻胶zep520；所述剥离去除光刻胶的方法是：在nmp电子束去胶液浸泡。

16、以上组合可以实现光刻胶版图的精确制作，并且去除难度低。

17、优选地，在nmp电子束去胶液中浸泡时间为24小时。

18、优选地，采用匀胶机形成光刻胶时的工艺参数为：1000转/分钟保持10秒，4000转/分钟保持45秒，得到的光刻胶厚度为340nm左右。

19、优选地，所述铬层厚度为10～15nm，所述金层厚度为100～150nm。

20、优选地，所述刻蚀硅基衬底的方法是：以cf4和o2为刻蚀气体进行icp刻蚀。

21、优选地，所述曝光为电子束曝光，所述显影采用mibk，采用异丙醇定影。

22、优选地，电子束曝光采用的光束直径为2nm。

23、优选地，显影时间为70s，定影时间为20s；

24、优选地，所述光刻胶厚度为300～400nm。

25、优选地，在曝光之前还包括：在180～400℃下烘干光刻胶，优选保持3分钟。

26、优选地，所述版图包括矩形、锥形、s形和双向喇叭口形中的至少一种。

27、优选地，在形成光刻胶之前清洗硅基衬底：超声清洗，依次用丙酮和酒精，在这两种溶液中各超声清洗5分钟。

28、本发明的第二方面提供了一种柔性材料的纳米通道的制备方法，其特征在于，采用上文所述的制备方法制备母模，利用所述母模在柔性材料中制作纳米通道。

29、综上，与现有技术相比，本发明达到了以下技术效果：

30、(1)本发明制备的纳米通道母模图形精度高，耐磨损且脱模容易，适合基于柔性材料的纳米通道的批量生产。

31、(2)并且本发明工艺方法对不同纳米图形的适用性强。

32、(3)由于柔性材料具有生物相容性和无毒特性，因此这种材质的纳米通道适合应用于可穿戴设备和生物领域。

技术特征：

1.一种柔性材料的纳米通道的母模的制备方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述硬掩膜层包括堆叠的铬层和金层。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述硅基衬底包括硅层和氧化硅层，所述光刻胶形成于所述氧化硅层表面。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述光刻胶采用正电子光刻胶zep520；所述剥离去除光刻胶的方法是：在nmp电子束去胶液浸泡。

5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述铬层厚度为10～15nm，所述金层厚度为100～150nm。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述刻蚀硅基衬底的方法是：以cf4和o2为刻蚀气体进行icp刻蚀。

7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述曝光为电子束曝光，所述显影采用mibk，采用异丙醇定影。

8.根据权利要求1-7任一项所述的制备方法，其特征在于，所述光刻胶厚度为300～400nm；

9.根据权利要求1-7任一项所述的制备方法，其特征在于，所述版图包括矩形、锥形、s形和双向喇叭口形中的至少一种。

10.柔性材料的纳米通道的制备方法，其特征在于，采用权利要求1-9任一项所述的制备方法制备母模，利用所述母模在柔性材料中制作纳米通道。

技术总结本发明涉及一种柔性材料的纳米通道及其母模的制备方法。方法包括：在硅基衬底上形成光刻胶；对光刻胶进行曝光和显影，在光刻胶中形成预设版图的沟道，所述沟道贯穿所述光刻胶至硅基衬底；然后在所述光刻胶上方形成硬掩膜层，所述硬掩膜层填充所述沟道；之后剥离去除光刻胶，最后在所述硬掩膜层的遮挡下刻蚀硅基衬底。本发明填补了柔性材料纳米通道专一性母模的空白，并且具有较高的精度，耐磨损且脱模容易，适合基于柔性材料的纳米通道的批量生产，并且该方法对不同纳米图形的适用性强。技术研发人员：张盼,李沛玥,王玮,成杰受保护的技术使用者：北京大学技术研发日：技术公布日：2024/1/12