專利名稱：分級(jí)結(jié)構(gòu)及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及分級(jí)結(jié)構(gòu)及其制備方法。更具體而言，本發(fā)明涉及分級(jí)結(jié)構(gòu)的形狀、按 照所述形狀的分級(jí)結(jié)構(gòu)的工程效果、所述工程效果的增強(qiáng)方法、將所述分級(jí)結(jié)構(gòu)應(yīng)用于新 型材料或零件的方法，以及所述分級(jí)結(jié)構(gòu)的大規(guī)模制備方法。
背景技術(shù)：
自從1980年研發(fā)了掃描隧道顯微鏡以來，用于測(cè)量納米尺度范圍(其具有IOOnm 的特征長(zhǎng)度)內(nèi)產(chǎn)生的特定現(xiàn)象的納米測(cè)量技術(shù)得以迅速發(fā)展。目前，納米測(cè)量技術(shù)被積 極應(yīng)用于測(cè)量納米尺度范圍中產(chǎn)生的特定的機(jī)械、電磁、光學(xué)、化學(xué)或熱性質(zhì)。通過納米測(cè)量技術(shù)的發(fā)展，已發(fā)現(xiàn)在納米尺度范圍內(nèi)產(chǎn)生不同于已知宏觀尺度范 圍的自然現(xiàn)象，并且迄今為止，已經(jīng)連續(xù)報(bào)道納米尺度范圍內(nèi)的新自然現(xiàn)象。此外，由于碳納米管因Ligima于1991年的文獻(xiàn)而受到人們關(guān)注，所以納米材料技 術(shù)已得到積極研究，其中由各種金屬和半導(dǎo)體構(gòu)成的各種納米材料(即，納米線、納米棒、 納米帶、量子點(diǎn)等)被應(yīng)用于現(xiàn)實(shí)生活。同時(shí)，在半導(dǎo)體工藝技術(shù)的當(dāng)前水平下，在預(yù)定二極管的情況下，半導(dǎo)體工藝的臨 界尺寸達(dá)到IOOnm以下。半導(dǎo)體工藝技術(shù)提供可更自由且更廉價(jià)地制備納米尺度結(jié)構(gòu)的方 法，并由此帶來納米技術(shù)的結(jié)果應(yīng)用于現(xiàn)實(shí)生活的無限可能性。在該背景技術(shù)部分公開的上述信息僅用于加強(qiáng)對(duì)本發(fā)明背景技術(shù)的理解，因此其 可包含不構(gòu)成該國(guó)家本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的現(xiàn)有技術(shù)的信息。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明致力于提供一種分級(jí)結(jié)構(gòu)及其制備方法，在所述分級(jí)結(jié)構(gòu)中，在納米尺度 范圍內(nèi)產(chǎn)生的優(yōu)異性質(zhì)可以用于宏觀尺度范圍的結(jié)構(gòu)優(yōu)異。技術(shù)方案本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施方案提供一種分級(jí)結(jié)構(gòu)，其中至少一個(gè)具有納米尺度范 圍的特征長(zhǎng)度的納米物體以第一圖案排列在第一塊體的第一基體上，并且至少一個(gè)第一塊 體以第二圖案排列在第二塊體的第二基體上。所述第一基體或所述第二基體可以由聚合物或金屬形成。所述特征長(zhǎng)度可為Inm至lOOnm。所述納米物體可以為選自量子點(diǎn)、納米球、納米顆粒、納米管、納米線和納米尺度 范圍的線條圖案中的任一種。所述第一圖案可以由選自光學(xué)光刻法、軟光刻法、全息光刻法、納米壓印法、蔭罩 法和金屬轉(zhuǎn)印法的任一方法形成。所述第二塊體的大小可以是所述第一塊體的5至100倍。本發(fā)明的另一個(gè)示例性實(shí)施方案提供一種分級(jí)結(jié)構(gòu)，其中至少一個(gè)具有納米尺度范圍的特征長(zhǎng)度的第四塊體與第一結(jié)構(gòu)的外部接合，在所述第一結(jié)構(gòu)中至少兩個(gè)第三塊體 相互接合。所述特征長(zhǎng)度可以為Inm至lOOnm。本發(fā)明的又一示例性實(shí)施方案提供一種制備分級(jí)結(jié)構(gòu)的方法，其包括(a)在第 一基底上形成第一基體；(b)將至少一個(gè)具有納米尺度范圍的特征長(zhǎng)度的納米物體以第一 圖案排列在所述第一基體上；(c)在步驟(b)的所述第一圖案上形成第二基體；(d)通過分 離所述第一基底形成第一塊體；(e)將至少一個(gè)第一塊體以第三圖案排列在第二基底上； (f)在步驟(e)的所述第二圖案上形成第三基體；和(g)通過分離所述第二基底形成第二 塊體。所述第一基體或所述第二基體可以由聚合物或金屬形成。所述特征長(zhǎng)度可為Inm至IOOnm的范圍。所述納米物體可以為選自量子點(diǎn)、納米球、納米顆粒、納米管、納米線和納米尺度 范圍的線條圖案中的任一種。所述圖案可以由選自光學(xué)光刻法、軟光刻法、全息光刻法、納米壓印法、蔭罩法和 金屬轉(zhuǎn)印法的任一方法形成。所述步驟(a)還可以包括(al)在形成所述第一基體之前，在所述第一基底上形 成犧牲層。所述步驟(d)可以包括(dl)在所述第二基體上形成光刻膠圖案或無機(jī)圖案之后 對(duì)其進(jìn)行蝕刻，和(d2)移除所述光刻膠圖案或無機(jī)圖案。所述光刻膠圖案或無機(jī)圖案可通過使用光學(xué)光刻法或壓印光刻法來形成。所述步驟(e)可包括通過使用夾盤(chuck)使所述第一塊體附著在所述第二基底 上。所述步驟(e)還可以包括在排列所述第一塊體之前，在所述第二基底上形成附著 加強(qiáng)層。所述附著加強(qiáng)層可以是自組裝的單層或聚合物粘合層。所述第二塊體的大小可以是所述第一塊體的5至100倍。本發(fā)明的又一示例性實(shí)施方案提供一種制備分級(jí)結(jié)構(gòu)的方法，其包括(A)形成 至少一個(gè)具有納米尺度范圍的特征長(zhǎng)度的第三塊體和至少一個(gè)比所述第三塊體大的第四 塊體；(B)使所述第四塊體附著在第三基底上，并且使所述第三塊體附著在所述第四塊體 上；和(C)分離所述第三基底。所述第四塊體的大小可以是所述第三塊體的5至100倍。所述步驟(B)可包括通過使用夾盤使所述第四塊體或所述第三塊體附著在所述 第三基底或所述第四塊體上。所述步驟(B)可包括在使所述第四塊體附著之前，在所述第三基底上形成附著加強(qiáng)層。所述附著加強(qiáng)層可以是自組裝的單層或聚合物粘合層。有利效果根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方案，其效果可大致分為三個(gè)因素。首先，提供一種在納米尺度范圍內(nèi)產(chǎn)生的優(yōu)異性能可被應(yīng)用于宏觀尺度范圍的結(jié)構(gòu)的方法。其次，提供一種用于簡(jiǎn)單互連或互接具有不同尺寸范圍的結(jié)構(gòu)而不論其尺寸范 圍大小的方法。再次，提供一種包括難以通過相關(guān)技術(shù)制備的三維形狀的零件的簡(jiǎn)單制備 方法。


圖1是說明在人類肌腱中發(fā)現(xiàn)的分級(jí)結(jié)構(gòu)的實(shí)例的示意圖。圖2是說明在大壁虎(Gecko lizard)腳掌上形成的分級(jí)結(jié)構(gòu)的實(shí)例的圖片。圖3是說明可根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施方案制備的結(jié)構(gòu)的圖。圖4是說明根據(jù)本發(fā)明的第一示例性實(shí)施方案的分級(jí)結(jié)構(gòu)的制備過程的示意圖。圖5是說明在圖4的1級(jí)過程的基體中排列的納米物體的不同實(shí)例的示意6是說明根據(jù)本發(fā)明的第二示例性實(shí)施方案的分級(jí)結(jié)構(gòu)的示意圖。圖7是說明根據(jù)本發(fā)明的第一示例性實(shí)施方案的分級(jí)結(jié)構(gòu)的制備方法中的1級(jí)過 程的過程圖。圖8是說明根據(jù)本發(fā)明的第一示例性實(shí)施方案的分級(jí)結(jié)構(gòu)的制備方法中的1級(jí)過 程之后的1級(jí)塊體的制備過程的過程圖。圖9是說明根據(jù)本發(fā)明的第一示例性實(shí)施方案的分級(jí)結(jié)構(gòu)的制備方法中的2級(jí)過 程的過程圖。圖10是說明根據(jù)本發(fā)明的第二示例性實(shí)施方案的分級(jí)結(jié)構(gòu)的制備過程的過程 圖。圖11是說明根據(jù)本發(fā)明的第三示例性實(shí)施方案的分級(jí)結(jié)構(gòu)的制備方法中的1級(jí) 過程的過程圖。圖12是說明根據(jù)本發(fā)明的第三示例性實(shí)施方案的分級(jí)結(jié)構(gòu)的制備方法中的1級(jí) 過程之后的1級(jí)塊體的制備過程的過程圖。圖13是說明根據(jù)本發(fā)明的第三示例性實(shí)施方案的分級(jí)結(jié)構(gòu)的制備方法中的2級(jí) 過程的過程圖。
具體實(shí)施例方式在描述實(shí)施本發(fā)明的詳細(xì)內(nèi)容之前，省略在擾亂本發(fā)明的技術(shù)主旨的范圍內(nèi)的不 直接涉及本發(fā)明的技術(shù)主旨的構(gòu)造。此外，考慮到可以合適地限定所述術(shù)語(yǔ)的概念以通過使用本發(fā)明人的最好方法來 描述本發(fā)明的原則，本說明書和權(quán)利要求書中使用的術(shù)語(yǔ)或詞語(yǔ)應(yīng)被理解為對(duì)應(yīng)于本發(fā)明 的技術(shù)精神的含義和概念。通過天然結(jié)構(gòu)的當(dāng)前研究證實(shí)了將納米尺度范圍內(nèi)產(chǎn)生的優(yōu)異性能移植到宏觀 結(jié)構(gòu)中的可能性。圖1是說明在人類肌腱中發(fā)現(xiàn)的分級(jí)結(jié)構(gòu)的實(shí)例的示意圖。通過圖1所示的分級(jí)結(jié)構(gòu)，人類肌腱可顯示優(yōu)異的強(qiáng)度并針對(duì)由外部施加的應(yīng)力 保持非常大的形變比率。除了人類肌腱之外，在動(dòng)物骨骼中觀察到相似的分級(jí)結(jié)構(gòu)，使得動(dòng) 物骨骼顯示優(yōu)異的斷裂韌性。即使人類肌腱或動(dòng)物骨骼中可能存在缺陷，但由于分級(jí)結(jié)構(gòu)削弱了外部沖擊，因此也產(chǎn)生這種優(yōu)異的斷裂韌性，并且這種分級(jí)結(jié)構(gòu)(如圖1所示)具有連續(xù)分級(jí)直至6或 7階的納米尺度范圍的基本結(jié)構(gòu)。作為用分級(jí)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)優(yōu)異性能的另一個(gè)實(shí)例，圖2中說明了在大壁虎腳掌上形成 的分級(jí)結(jié)構(gòu)的實(shí)例。大壁虎通過使用圖2中所示的分級(jí)結(jié)構(gòu)將在納米尺度范圍內(nèi)產(chǎn)生的范德華力放 大至宏觀尺度范圍。由此，大壁虎確保附著能力使其能夠在建筑物的天花板或玻璃窗上自 由移動(dòng)。通過納米尺度范圍內(nèi)的范德華力的附著能力的量非常小，但是通過分級(jí)結(jié)構(gòu)將其 擴(kuò)大至宏觀尺度范圍，則附著能力的量可按幾何級(jí)數(shù)增加。通過這種方式，產(chǎn)生具有數(shù)百克 重量的大壁虎將其自身附著于天花板或玻璃窗上的附著力。在相關(guān)領(lǐng)域中沒有人工制備分級(jí)結(jié)構(gòu)的技術(shù)，但是根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方 案，可以生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)優(yōu)異性質(zhì)(即，優(yōu)異的斷裂性能或附著能力)的人造分級(jí)結(jié)構(gòu)。 此外，本發(fā)明的示例性實(shí)施方案提供用于簡(jiǎn)單互連或互接具有不同尺度的結(jié)構(gòu)而 不論其尺度大小的方法。根據(jù)納米技術(shù)的發(fā)展，已經(jīng)研發(fā)了通過使用納米尺度范圍的結(jié)構(gòu)(即，納米管或 納米線)實(shí)現(xiàn)納米尺度范圍的晶體管或各種NEMS(納電機(jī)系統(tǒng))的技術(shù)，但是還沒有使納 米尺度范圍的結(jié)構(gòu)與宏觀尺度范圍的結(jié)構(gòu)互連或互接的技術(shù)。根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方案，可以使納米尺度范圍的結(jié)構(gòu)與日常生活中使用的 產(chǎn)品互連或互接。例如，圖3中所示的結(jié)構(gòu)可通過使用根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方案的分級(jí)結(jié)構(gòu)來 制備。即，在圖3中，可以制備與對(duì)應(yīng)于數(shù)十微米以上尺度范圍的硅MEMS(微電機(jī)系統(tǒng))(上 圖)、與對(duì)應(yīng)于數(shù)微米以下的尺度范圍的金屬互連線(居中)，以及與對(duì)應(yīng)于數(shù)十納米尺度 范圍且具有非常高的測(cè)量靈敏度的納米線傳感器(下圖)互連或互接的產(chǎn)品。在圖3中，可以小心選擇用于級(jí)數(shù)之間電連接的附著能力提高層的材料，或者也 可以不使用附著能力提高層。如果不使用附著能力提高層，則可以通過應(yīng)用表面處理技術(shù) 例如等離子體處理技術(shù)來提高附著能力。這將在下文詳細(xì)描述。同時(shí)，本發(fā)明的示例性實(shí)施方案提供一種簡(jiǎn)單制備包括難以通過相關(guān)技術(shù)制備的 三維形狀的零件的方法。三維產(chǎn)品的制備方法可以分類為疊加法和遞減法。疊加法是層積或組裝基礎(chǔ)塊體 以制備三維產(chǎn)品的方法，實(shí)例可為立體光刻或激光燒結(jié)法。另一方面，遞減法是通過逐步切 除宏觀結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)所需形狀的方法，實(shí)例可為銑削、車床加工、卸載或光學(xué)光刻法。本發(fā)明的示例性實(shí)施方案提出一種不同于已知疊加法的加和制備方法，如圖3所 示，其提供一種通過層積或組裝每一級(jí)的結(jié)構(gòu)來制備三維產(chǎn)品的方法。如果使用根據(jù)本發(fā) 明的示例性實(shí)施方案的制備方法，則可以制備無法通過已知的疊加法制備的結(jié)構(gòu)，例如其 中包含復(fù)雜流體通道的結(jié)構(gòu)，如隨形(conformal)冷卻模，并且通過使用不同尺寸范圍的 塊體可以相對(duì)于已知疊加法改善生產(chǎn)力和改善圖案分辨率。已知的疊加法是層積具有預(yù)定尺寸的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的方法，并且當(dāng)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的尺寸增 加時(shí)，制備速度隨基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的體積(即，基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)尺寸的立方)成比例增加。另一方面，當(dāng) 層積用于根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方案層積的級(jí)數(shù)的基礎(chǔ)塊體時(shí)，對(duì)于沒有細(xì)微圖案變化的部分，通過使用具有大尺度的基礎(chǔ)塊體制備結(jié)構(gòu)，而對(duì)于有細(xì)微圖案變化的部分，可以通 過使用具有小尺度的基礎(chǔ)塊體從而大大改善制備速度。此外，由于表面分辨率差，大部分已知的疊加法包括后處理(拋光或精加工)過 程，但是根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方案，通過降低最小尺度范圍的基礎(chǔ)塊體的尺寸可以改 善結(jié)構(gòu)的加工分辨率，從而可以使后處理過程最小化或省略。在下文中將參考附圖詳細(xì)描述根據(jù)本發(fā)明的不同示例性實(shí)施方案的分級(jí)結(jié)構(gòu)及 其制備方法。圖4是說明根據(jù)本發(fā)明的第一示例性實(shí)施方案的分級(jí)結(jié)構(gòu)的制備過程的示意圖。參考圖4，在1級(jí)過程中，示出了與基底12上的基體14連接的具有納米尺度范圍 的特征長(zhǎng)度(例如W1)的納米物體16。如圖5中所示，納米物體16可以為0維、1維或2維納米物體。根據(jù)納米物體16 是否體現(xiàn)為點(diǎn)、線或面的外觀，為了方便起見，可將其分為O維、1維或2維納米物體。參考 圖5(a)，作為0維納米物體160，有量子點(diǎn)、納米球或納米顆粒。參考圖5(b)，作為1維納 米物體161，有納米管、納米線或納米尺度范圍的線條圖案。參考圖5 (c)，2維納米物體162 為具有納米尺度范圍的有效厚度的納米物體。排列納米物體16、160、161和162的方法可以分為納米物體16、160、161和162分 散在基體14中同時(shí)確保隨機(jī)分布的方法，和納米物體16、160、161和162具有三維空間中 的周期性圖案或預(yù)先分布在預(yù)定位置的方法。為了分散納米物體使其具有預(yù)定的分布，在 下文中將詳細(xì)描述一般方法(即，基于納米顆粒的復(fù)合材料的制備方法)以及排列納米物 體使其具有周期性圖案或?qū)⒓{米物體預(yù)先分布在預(yù)定位置的方法。參考圖4，在2級(jí)過程中，通過將所形成的納米尺度范圍的1級(jí)塊體10排列成在3 維空間中具有預(yù)定形狀和尺寸來實(shí)現(xiàn)2級(jí)塊體20。在3級(jí)過程中，通過排列在3維空間中 具有預(yù)定形狀和尺寸的2級(jí)塊體20來實(shí)現(xiàn)3級(jí)塊體30。如果必要，可以通過使用相同方法 逐步實(shí)現(xiàn)4級(jí)塊體、5級(jí)塊體等。2級(jí)塊體20的尺度范圍W111比1級(jí)塊體10的尺度范圍W11大得多，并且2級(jí)塊體 20的尺度范圍W111可以是1級(jí)塊體10的尺度范圍W11的5至100倍。在3級(jí)塊體30和2 級(jí)塊體20之間也是如此，因此，當(dāng)級(jí)數(shù)增加時(shí)，每一級(jí)塊體的尺寸逐漸增加，使得最終構(gòu)成 宏觀尺度范圍的結(jié)構(gòu)。圖6是說明根據(jù)本發(fā)明的第二示例性實(shí)施方案的分級(jí)結(jié)構(gòu)的示意圖。如圖6中所示，根據(jù)本發(fā)明的第二示例性實(shí)施方案的分級(jí)結(jié)構(gòu)可以通過使用如下 方法制備首先組裝具有最大尺度的級(jí)數(shù)的塊體(圖6中的4級(jí))，然后組裝具有較小尺度 的級(jí)數(shù)的塊體。在圖6中，可以看到4級(jí)由1個(gè)4級(jí)塊體140構(gòu)成，3級(jí)由4個(gè)3級(jí)塊體130 構(gòu)成，2級(jí)由12個(gè)2級(jí)塊體120構(gòu)成，1級(jí)由48個(gè)1級(jí)塊體110構(gòu)成。本發(fā)明并不限于特 定數(shù)量。與圖4相同，在圖6的1級(jí)中，圖5中所示的不同納米物體可以排列在每個(gè)1級(jí)塊 體110的基體內(nèi)。下文中將詳細(xì)描述圖6中所示的分級(jí)結(jié)構(gòu)的制備方法。在下文中，將描述圖4所示的根據(jù)本發(fā)明的第一示例性實(shí)施方案的分級(jí)結(jié)構(gòu)的制 備方法。為了方便起見，納米物體16是金屬納米圖案，基體14是聚合物，但是本發(fā)明并不 限于此。作為其實(shí)例，可使用聚合物和金屬作為基體14，并且在圖11至圖13中說明了通過使用基體和不同種類的不同金屬作為納米物體材料的分級(jí)結(jié)構(gòu)的制備方法。圖7是說明根據(jù)本發(fā)明的第一示例性實(shí)施方案的分級(jí)結(jié)構(gòu)的制備方法中的1級(jí)過 程的過程圖。首先，在基底12上沉積犧牲層13 (Sll)。步驟Sll的犧牲層13的作用是允許通過 隨后的蝕刻使完成的1級(jí)塊體10順利地從基底12分離。犧牲層13的材料可以是蝕刻選 擇性大于作為基體14的聚合物的材料。然后，將聚合物作為基體14旋涂在犧牲層13上(S12)?？梢允褂萌魏慰尚康木?合物作為步驟S12的基體14的聚合物，并且通?？梢愿鶕?jù)旋涂條件，精確控制厚度。然后，在聚合物基體14上形成納米物體16的金屬納米圖案(S13)。在步驟S13 中，可通過使用一般方法形成納米物體16的金屬納米圖案。例如，可以采用使用光學(xué)光刻 的方法、使用納米壓印或軟光刻的方法、蔭罩法或金屬轉(zhuǎn)印法。此外，如果使用全息光刻法而沒有納米物體16的金屬納米圖案的層積過程，則可 以容易地進(jìn)行1級(jí)過程，并且可以3維或周期性地排列具有不同形狀的納米物體16。然而， 在這種情況下，最小結(jié)構(gòu)的尺寸(亦即，1級(jí)塊體10的尺寸)應(yīng)為IOOnm以上，并且可使用 的材料受到限制。接著，旋涂聚合物基體14以覆蓋所形成的納米物體16 (S14)，在其上形成金屬納 米圖案(S15)，并且通過旋涂形成聚合物基體14以覆蓋所形成的金屬納米圖案(S16)。為了形成所需數(shù)量的納米物體16層，可重復(fù)步驟S13和步驟S14(S17)，從而完成 1級(jí)過程(S18)。同時(shí)，圖11是說明根據(jù)本發(fā)明的第三示例性實(shí)施方案的分級(jí)結(jié)構(gòu)的制備方法中 的1級(jí)過程的過程圖。圖11中說明了使用不同金屬代替聚合物作為1級(jí)塊體11的基體15的情況，但是 其除了基體15是與納米物體17不同的金屬之外，其余與圖7中說明的過程完全相似。圖8是說明根據(jù)本發(fā)明的第一示例性實(shí)施方案的分級(jí)結(jié)構(gòu)的制備方法中1級(jí)過程 之后的1級(jí)塊體的制備過程的過程圖。參考圖8，首先準(zhǔn)備1級(jí)過程中制備的圖案(S21)，在圖案上進(jìn)行光刻膠(PR) 51的 涂布(S22)，并進(jìn)行光刻過程(S23)。步驟S23的光刻可以為一般光學(xué)光刻或壓印光刻。然后，通過利用由步驟S23形成的光刻膠51圖案，蝕刻聚合物基體14(S24)，并且 根據(jù)聚合物基體14的種類，可通過形成無機(jī)圖案代替光刻膠51圖案作為蝕刻掩膜對(duì)其進(jìn) 行蝕刻。在使用無機(jī)圖案作為蝕刻掩膜代替光刻膠51圖案的情況下，需要使用金屬(W、Ti 等)或氧化物(SiO2等)的無機(jī)層沉積過程來代替步驟S22的光刻膠51旋涂，并且通過步 驟S23的光刻在無機(jī)層上形成圖案。此外，步驟S23可包括諸如層沉積、圖案化或蝕刻的過程。由于這些額外的過程能 夠易于被半導(dǎo)體制備相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員理解，因此省略其詳細(xì)描述。最后，如果移除光刻膠51圖案或無機(jī)圖案和犧牲層13(S25)，則獲得1級(jí)塊體 10(S26)。1級(jí)塊體10和基底12之間的犧牲層13的材料可以與步驟S22的光刻膠51或無 機(jī)層的材料相同或不同。在相同材料的情況下，由于光刻膠51和犧牲層13可通過一個(gè)過 程除去，所以蝕刻過程相比于不同材料的情況較為簡(jiǎn)單。
同時(shí)，圖12是說明根據(jù)本發(fā)明的第三示例性實(shí)施方案的分級(jí)結(jié)構(gòu)的制備方法中1 級(jí)過程之后的1級(jí)塊體的制備過程的過程圖。圖12中示出了使用不同金屬代替聚合物作為1級(jí)塊體的基體15的情況，但是其 除了基體15是與納米物體17不同的金屬之外，其余與圖8中說明的過程完全相似。圖9是說明根據(jù)本發(fā)明的第一示例性實(shí)施方案的分級(jí)結(jié)構(gòu)的制備方法中的2級(jí)過 程的過程圖。參考圖9，首先在偽(dummy)基底22上準(zhǔn)備1級(jí)塊體10 (S31)，并通過使用夾盤45 整體移除1級(jí)塊體10(S32)。就夾盤45而言，可以使用通常用于半導(dǎo)體相關(guān)工藝的靜電夾 盤或聚合物夾盤。由于1級(jí)塊體10和偽基底22之間的氧化物層已被蝕刻，所以1級(jí)塊體10和偽基 底22之間的附著能力非常低。因此，可以通過使用夾盤45相對(duì)容易地移除1級(jí)塊體10。然后，將所除去的1級(jí)塊體10轉(zhuǎn)移至目標(biāo)基底32(S33)。在該情況下，可以主動(dòng)控制夾盤45和1級(jí)塊體10之間的附著能力。即，當(dāng)1級(jí)塊 體10從偽基底22分離時(shí)，夾盤45和1級(jí)塊體10之間的附著能力應(yīng)增加，而當(dāng)1級(jí)塊體10 被轉(zhuǎn)移至目標(biāo)基底32時(shí)，夾盤45和1級(jí)塊體10之間的附著能力可減少。當(dāng)使用靜電夾盤時(shí)，通過控制施加至夾盤45的電壓可以控制附著能力，而在使用 聚合物夾盤的情況下，通過控制夾盤45的修正速度(modification speed)可以控制附著 能力。如果僅通過使用夾盤45的附著能力難以將1級(jí)塊體10附著在目標(biāo)基底32上，則 可以在步驟S33之前在目標(biāo)基底32上形成附著加強(qiáng)層。就附著加強(qiáng)層而言，可使用自組裝 的單層，如縮水甘油氧丙基(gycidoxypropyl)三甲氧基硅烷(GPT)、丙烯酰氧基丙基甲基 二氯硅烷(APMDS)或氨丙基三乙氧基硅烷(APTS)，和具有納米尺度范圍的厚度的聚合物粘
I=I te ο然后，旋涂聚合物層24以覆蓋1級(jí)塊體10(S34)，然后使另一 1級(jí)塊體10 ‘附著 于聚合物層24上(S35)?？梢匀缤襟ES33那樣通過使用夾盤45進(jìn)行步驟S35。如果必 要，可重復(fù)步驟S34和步驟S35數(shù)次(S36)，從而完成2級(jí)過程(S37)。2級(jí)過程之后，2級(jí)塊體20的制備過程與圖8中說明的1級(jí)塊體10的制備過程相 似。然而，與1級(jí)塊體10相比，它們之間的區(qū)別在于2級(jí)塊體20的尺寸非常大。使用所制 得的2級(jí)塊體20的3級(jí)過程與圖9中說明的2級(jí)過程相似。圖13是說明根據(jù)本發(fā)明的第三示例性實(shí)施方案的分級(jí)結(jié)構(gòu)的制備方法中的2級(jí) 過程的過程圖。圖13中說明了使用不同金屬代替聚合物作為1級(jí)塊體11的基體25的情況，但是 其除了基體25是不同金屬之外，其余與圖9中說明的過程完全相似。圖10是說明根據(jù)本發(fā)明的第二示例性實(shí)施方案的分級(jí)結(jié)構(gòu)的制備過程的過程 圖。參考圖10，描述了圖6中說明的根據(jù)本發(fā)明的第二示例性實(shí)施方案的分級(jí)結(jié)構(gòu)的制備方法。如上所述，在圖4中說明的根據(jù)第一實(shí)施方案的分級(jí)結(jié)構(gòu)的制備過程中，從具有 小尺度的塊體至具有大尺度的塊體順序制備，但是根據(jù)第二示例性實(shí)施方案的分級(jí)結(jié)構(gòu)的 制備方法與其不同之處在于，首先在目標(biāo)基底上形成具有大尺度的塊體，然后在大塊體上順序形成具有較小尺度的塊體。此外，在根據(jù)第一示例性實(shí)施方案的分級(jí)結(jié)構(gòu)的制備方法 中，在制備具有小尺度的塊體之后，順序制備較大塊體，但是在圖6中說明的根據(jù)第二示例 性實(shí)施方案的分級(jí)結(jié)構(gòu)的制備方法中，用于每一層的基礎(chǔ)塊體之間的制備順序不受限制。為了制備圖6中說明的根據(jù)第二示例性實(shí)施方案的分級(jí)結(jié)構(gòu)，首先在每一偽基底 210,220和230上形成用于每一層的基礎(chǔ)塊體110、120和130 (S41)。在這種情況下，由于用 于每一層的基礎(chǔ)塊體110、120和130不依賴于制備過程，因而用于每一層的基礎(chǔ)塊體110、 120和130可單獨(dú)制備。另一方面，在根據(jù)第一示例性實(shí)施方案的分級(jí)結(jié)構(gòu)的制備過程中， 由于通過使用在先過程的基礎(chǔ)塊體制備用于每一層的基礎(chǔ)塊體，因而為了制備用于每一層 的每一基礎(chǔ)塊體，應(yīng)順序進(jìn)行所述過程。在該示例性實(shí)施方案中，在用于每一層的基礎(chǔ)塊體110、120和130的制備中，可使 用上述光學(xué)或壓印光刻技術(shù)，也可使用蔭罩法或金屬轉(zhuǎn)印法。接著，在制備用于每一層的基礎(chǔ)塊體110、120和130之中，從偽基底230分離最大 塊體(塊體130) (S42)。步驟S42中使用的夾盤45與圖9的情況相同。為了使從偽基底210、220和230分離的塊體附著在目標(biāo)基底235上，可以沉積附 著加強(qiáng)層(S43)。同樣地，在圖9的步驟S33之前，可以使用所沉積的附著加強(qiáng)層。其后，通過使附著于夾盤45的塊體130與目標(biāo)基底235 (其上沉積附著加強(qiáng)層) 接觸，使塊體130附著在目標(biāo)基底235上(S44)。然后，與步驟S42至步驟S44相同，將較小塊體110和120轉(zhuǎn)移至目標(biāo)基底235并 使其附著(S45和S46)。如果必要，可以將層積具有相同級(jí)數(shù)的塊體的步驟重復(fù)數(shù)次。雖然通過目前被視為實(shí)際示例性的實(shí)施方案描述了本發(fā)明，但應(yīng)理解本發(fā)明并不 限于所公開的實(shí)施方案，相反，本發(fā)明意欲覆蓋包括在所附權(quán)利要求書的精神和范圍內(nèi)的 各種變型和等價(jià)排列。
權(quán)利要求
1.一種分級(jí)結(jié)構(gòu)，其中具有納米尺度范圍的特征長(zhǎng)度的至少一個(gè)納米物體以第一圖案排列在第一塊體的第 一基體上，和至少一個(gè)第一塊體以第二圖案排列在第二塊體的第二基體上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分級(jí)結(jié)構(gòu)，其中所述第一基體或所述第二基體為聚合物或金jM ο
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分級(jí)結(jié)構(gòu)，其中所述特征長(zhǎng)度為Inm至lOOnm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分級(jí)結(jié)構(gòu)，其中所述納米物體是選自量子點(diǎn)、納米球、納米顆 粒、納米管、納米線和納米尺度范圍的線條圖案中的任意一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分級(jí)結(jié)構(gòu)，其中所述第一圖案由選自光學(xué)光刻法、軟光刻法、 全息光刻法、納米壓印法、蔭罩法和金屬轉(zhuǎn)印法中的任一方法形成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分級(jí)結(jié)構(gòu)，其中所述第二塊體的大小是所述第一塊體的5至 100 倍。
7.一種分級(jí)結(jié)構(gòu)，其中具有納米尺度范圍的特征長(zhǎng)度的至少一個(gè)第四塊體與第一結(jié)構(gòu) 的外部接合，在所述第一結(jié)構(gòu)中，至少兩個(gè)第三塊體相互接合。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的分級(jí)結(jié)構(gòu)，其中所述特征長(zhǎng)度為Inm至lOOnm。
9.一種制備分級(jí)結(jié)構(gòu)的方法，所述方法包括(a)在第一基底上形成第一基體；(b)將具有納米尺度范圍的特征長(zhǎng)度的至少一個(gè)納米物體以第一圖案排列在所述第一 基體上；(c)在步驟(b)的所述第一圖案上形成第二基體；(d)通過分離所述第一基底形成第一塊體；(e)將至少一個(gè)第一塊體以第二圖案排列在所述第二基底上；(f)在步驟(e)的所述第二圖案上形成第三基體；和(g)通過分離所述第二基底形成第二塊體。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述第一基體或所述第二基體是聚合物或金屬。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述特征長(zhǎng)度為Inm至lOOnm。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述納米物體是選自量子點(diǎn)、納米球、納米顆粒、 納米管、納米線和納米尺度范圍的線條圖案中的任意一種。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述第一圖案由選自光學(xué)光刻法、軟光刻法、全 息光刻法、納米壓印法、蔭罩法和金屬轉(zhuǎn)印法的任一方法形成。
14.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述步驟(a)還包括 (al)在形成所述第一基體之前，在所述第一基底上形成犧牲層。
15.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述步驟(d)包括(dl)在所述第二基體上形成光刻膠圖案或無機(jī)圖案之后對(duì)其進(jìn)行蝕刻；和 (d2)移除所述光刻膠圖案或無機(jī)圖案。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中所述光刻膠圖案或無機(jī)圖案通過使用光學(xué)光刻 法或壓印光刻法形成。
17.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述步驟(e)包括通過使用夾盤使所述第一塊體附著在所述第二基底上。
18.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述步驟(e)還包括 在排列所述第一塊體之前，在所述第二基底上形成附著加強(qiáng)層。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中所述附著加強(qiáng)層為自組裝單層或聚合物粘合層。
20.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述第二塊體的大小是所述第一塊體的5至100倍。
21.一種制備分級(jí)結(jié)構(gòu)的方法，所述方法包括(A)形成具有納米尺度范圍的特征長(zhǎng)度的至少一個(gè)第三塊體和比所述第三塊體大的至 少一個(gè)第四塊體；(B)使所述第四塊體附著在第三基底上，并使所述第三塊體附著在所述第四塊體上；以及(C)分離所述第三基底。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中所述第四塊體的大小是所述第三塊體的5至 100 倍。
23.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中所述步驟(B)包括通過使用夾盤使所述第四塊體或所述第三塊體附著在所述第三基底或所述第四塊體上。
24.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中所述步驟(B)包括 在使所述第四塊體附著之前，在所述第三基底上形成附著加強(qiáng)層。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其中所述附著加強(qiáng)層為自組裝單層或聚合物粘合層。
全文摘要
本發(fā)明涉及分級(jí)結(jié)構(gòu)形式、根據(jù)該形式的分級(jí)結(jié)構(gòu)的工程效果、增加該工程效果的方法、將所述分級(jí)結(jié)構(gòu)應(yīng)用至新材料或組件的方法，以及大量制備所述分級(jí)結(jié)構(gòu)的方法。本發(fā)明涉及分級(jí)結(jié)構(gòu)及其制備方法，并且包括至少一個(gè)具有納米級(jí)特征長(zhǎng)度的納米物體以規(guī)則圖案排列在內(nèi)基底上的分級(jí)結(jié)構(gòu)。根據(jù)本發(fā)明，在納米尺度上產(chǎn)生的優(yōu)異性質(zhì)可被用于宏觀尺度的結(jié)構(gòu)中。此外，不同尺度的結(jié)構(gòu)可相互連接，而無論其尺度差異。
文檔編號(hào)B82B3/00GK102105391SQ200980129153
公開日2011年6月22日 申請(qǐng)日期2009年8月24日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月19日
發(fā)明者崔大根, 崔炳翊, 崔賢珠, 李學(xué)珠, 玄承珉, 金宰玄, 金起墩 申請(qǐng)人:韓國(guó)機(jī)械研究院