[论文解读] Three-dimensional nanoimprint lithography using two-photon lithography master samples

Rebecca Saive, Colton R. Bukowsky+1 more|arXiv (Cornell University)|Feb 13, 2017

Nanofabrication and Lithography Techniques参考文献 13被引用 11

一句话总结

本文提出了一种可扩展的三维纳米压印光刻技术，利用双光子光刻制造的母版样品，实现具有纳米尺度特征的复杂3D微结构。通过从这些母版铸造聚二甲基硅氧烷（PDMS）印章，该方法将缓慢的、串行的双光子光刻转变为快速的、并行的纳米压印，实现了无残留的银纳米线油墨印刷，并兼容纹理化基底。

ABSTRACT

We demonstrate three-dimensional (3-D) nanoimprint lithography using master samples initially structured by two-photon lithography. Complex geometries like micro prisms, micro parabolic concentrators, micro lenses and other micrometer sized objects with nanoscale features are three-dimensionally fabricated using two-photon lithography. Stamps made out of polydimethylsiloxane are then cast using the two-photon lithographically structured samples as master samples. Hereby, expensive serial nano 3-D printing is transformed into scalable parallel 3-D nanoimprint lithography. Furthermore, the transition from two-photon lithography to imprint lithography increases the freedom in substrate and ink choice significantly. We demonstrate printing on textured surfaces as well as residue-free printing with silver ink using capillary action.

研究动机与目标

• 通过实现并行加工，克服双光子光刻在3D纳米制造中可扩展性不足的局限性。
• 开发一种利用双光子光刻作为母版技术的可重复使用印章制造工艺。
• 实现在纹理化基底上的印刷，并实现与导电银纳米线油墨配合的无残留图案化。
• 扩展材料和基底的兼容性，突破直接双光子光刻的限制。
• 展示在纳米尺度分辨率下制造复杂3D微光学元件（如透镜、棱镜和聚光器）的能力。

提出的方法

• 使用双光子光刻技术，以纳米精度制造复杂的3D微结构，包括微透镜、棱镜和抛物面聚光器。
• 从双光子光刻制造的母版样品中铸造聚二甲基硅氧烷（PDMS）印章，以实现复制。
• 使用PDMS印章进行纳米压印光刻，实现大区域范围内3D图案的并行转移。
• 在压印过程中利用毛细作用，实现在各种基底上使用银纳米线油墨的无残留印刷。
• 该方法允许使用多种基底和油墨，与直接双光子光刻相比，显著提升了材料灵活性。
• 该工艺实现了从串行、缓慢的双光子光刻向可扩展、并行的纳米压印光刻的转变，显著提升了吞吐量和实用性。

实验结果

研究问题

• RQ1 能否有效利用双光子光刻制造的母版来制备用于3D纳米压印光刻的可重复使用PDMS印章？
• RQ2 纳米压印工艺在多大程度上保持了原始双光子光刻结构的3D纳米尺度特征？
• RQ3 能否通过纳米压印工艺中的毛细作用，实现与导电银纳米线油墨配合的无残留印刷？
• RQ4 与传统压印相比，该方法在纹理化或非平面基底上的表现如何？
• RQ5 当用基于印章的复制替代直接双光子光刻时，3D纳米压印工艺的可扩展性和可重复性如何？

主要发现

• 该方法成功利用双光子光刻作为母版技术，制造出具有纳米尺度特征的复杂3D微结构，包括微透镜、棱镜和抛物面聚光器。
• 从双光子光刻母版中铸造的PDMS印章，可在大区域内实现高保真度、并行复制3D纳米结构。
• 通过毛细作用实现了银纳米线油墨的无残留印刷，证明了与导电材料的兼容性及实际应用潜力。
• 该工艺可实现在纹理化表面的印刷，显著扩展了可适用基底的范围，超越了平面基底的限制。
• 从串行双光子光刻向并行纳米压印光刻的转变，显著提升了制造速度和可扩展性。
• 该技术在保持纳米尺度分辨率和特征保真度的同时，显著增强了油墨和基底选择的灵活性。