基于紫外光刻的聚合物二维纳米模具及其复制成形理论与方法研究

目前纳米模具制作主要依赖于纳米光刻技术，模具制作周期长、成本高、使用寿命短。为此，本项目首次提出一种基于紫外光刻的聚合物二维纳米模具制作新方法，并创新性开展利用聚合物模具进行纳米结构复制成形的理论与方法研究。提出利用一种硅刻蚀后再氧化新工艺制作硅二维纳米模具母模，然后采用热压成形加工出聚合物二维纳米模具子模，最后利用子模进行聚合物纳米沟道复制。开展不同晶向单晶硅刻蚀后再氧化工艺的理论推导与工艺过程仿真，结合实验阐明晶向及微结构对于硅氧化速率的影响机理及规律；建立聚合物纳米模具复制成形理论与仿真模型，研究聚合物模具在成形过程中的受力与变形规律，提出一种模具设计补偿方法；开展模具与芯片之间的表面与界面力分析，提出结合模具表面改性和工艺过程优化方法解决脱模困难问题。研制多种聚合物纳流控芯片，并开展应用研究。项目研究成果将促进微纳流控芯片技术的发展，同时为聚合物纳米器件制作提供一种新的思路和方法。

复制技术是制作聚合物纳米结构的一种主要方法，然而目前用于复制成形的纳米模具的制作主要依赖于纳米光刻技术，所需加工设备昂贵，模具制作周期长、成本高，而且模具材料为硅，容易破碎，使用寿命短。为此，本项目首次提出了一种基于紫外光刻的方法制作聚合物纳米模具，并开展利用聚合物模具进行复制成形的理论和方法研究。通过使用聚合物纳米模具子模，使得硅纳米模具的寿命至少提高30倍。纳米沟道在宽度和深度方向上的复制精度分别为1.8%和2.5%，重复精度分别为95%和93%。此外，本项目还研究了在聚合物芯片上集成电化学检测电极的方法，并成功研制出了多种采用电化学检测的微纳流控芯片。