朱文昌 吳海華

（蘇州大學(xué)功能納米與軟物質(zhì)研究院,江蘇 蘇州 215123）

第三次工業(yè)革命始于20世紀(jì)四五十年代，止于20世紀(jì)90年代，計(jì)算機(jī)和半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展催生了此次工業(yè)革命。半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展帶動了微納加工與表征技術(shù)的迅猛發(fā)展[1-2]。隨著計(jì)算機(jī)不斷向微型化和多功能化方向發(fā)展，微納加工與表征技術(shù)愈加重要。在過去幾十年的發(fā)展中，微納加工技術(shù)（包括光刻技術(shù)、激光直寫技術(shù)及電子束曝光技術(shù)）逐漸成為微納加工的主流技術(shù)手段[3-6]。同時，微納結(jié)構(gòu)的表征手段也必不可少，基于光學(xué)顯微鏡的三維成像技術(shù)、原子力掃描探針技術(shù)及掃描電子顯微鏡技術(shù)等得到不斷發(fā)展[7-10]。經(jīng)過這些年的高速發(fā)展，目前，工業(yè)上最先進(jìn)的芯片制程可達(dá)3 nm，并還在進(jìn)一步挑戰(zhàn)加工極限。

相比基于硅等無機(jī)半導(dǎo)體光電器件的成熟發(fā)展，基于有機(jī)半導(dǎo)體的光電器件多數(shù)仍處于科學(xué)研究及應(yīng)用探索階段。然而，基于有機(jī)半導(dǎo)體的光電器件具有獨(dú)特的發(fā)展優(yōu)勢和應(yīng)用場景。有機(jī)半導(dǎo)體材料主要分為小分子和高分子聚合物材料，其具有輕量化、低成本、可溶液法制備、可柔性化及分子結(jié)構(gòu)易設(shè)計(jì)等優(yōu)勢，在未來柔性穿戴電子設(shè)備、電子皮膚、柔性顯示等新型應(yīng)用領(lǐng)域具有獨(dú)特優(yōu)勢和廣闊的應(yīng)用前景[11-14]。因此，高集成度光電器件的研究對于未來有機(jī)光電器件的實(shí)際應(yīng)用尤為重要。

雖然微納加工與表征技術(shù)已在無機(jī)半導(dǎo)體中得到廣泛應(yīng)用，但是對于有機(jī)半導(dǎo)體，現(xiàn)有微納加工技術(shù)與高性能集成有機(jī)光電器件制備之間仍存在很大的兼容性問題。利用現(xiàn)有的微納加工與表征技術(shù)進(jìn)行高性能集成有機(jī)光電器件的研究，依然面臨較大的困難和挑戰(zhàn)。盡管如此，部分學(xué)者依然通過現(xiàn)有微納加工技術(shù)實(shí)現(xiàn)了高性能集成有機(jī)光電器件的制備，并結(jié)合現(xiàn)有的微納表征技術(shù)對其光電器件進(jìn)行了研究[11-17]。文章針對微納加工與表征技術(shù)在高性能集成有機(jī)光電器件研究中的應(yīng)用，對目前實(shí)驗(yàn)室中主流的微納加工與表征技術(shù)手段進(jìn)行了總結(jié)與分析，并結(jié)合工作實(shí)例，對比分析了不同微納加工與表征技術(shù)在實(shí)際研究中的優(yōu)劣，并對該領(lǐng)域的發(fā)展趨勢進(jìn)行了展望。

1 微納加工與表征的主要技術(shù)手段

1.1 光刻技術(shù)

光刻本質(zhì)上是一種圖案轉(zhuǎn)移技術(shù)，是一種將設(shè)計(jì)圖案轉(zhuǎn)移到基底上的過程。在實(shí)際應(yīng)用中，光刻通常需要結(jié)合鍍膜、刻蝕及去膠的技術(shù)工藝，從而實(shí)現(xiàn)基底上圖案化和陣列化器件的構(gòu)筑[1-2]。在過去集成電路的飛速發(fā)展中，光刻扮演了比較重要的角色，其決定了單個器件的極限物理尺寸。光刻的工藝流程主要經(jīng)歷旋膠、烘膠、曝光和顯影等工序。根據(jù)所使用的光刻膠的種類。其中，可分為正性光刻和負(fù)性光刻，正性光刻膠曝光部分在顯影的過程中會被去除，從而將掩模版上的圖案復(fù)制到基底上，再通過刻蝕和去膠工藝將圖案完全轉(zhuǎn)移到基底上。負(fù)性光刻膠曝光部分會發(fā)生交聯(lián)，在顯影過程中會被保留，而未曝光部分則會被顯影液溶解去除，從而將掩模版上相反的圖形復(fù)制到基底表面。

光刻機(jī)是光刻工藝的核心，從曝光方式來看，光刻機(jī)可以分為：接觸式光刻機(jī)、接近式光刻機(jī)和投影式光刻機(jī)3種。其中，接觸式光刻機(jī)是集成電路發(fā)展早期所使用的主流設(shè)備，在該種曝光模式下，掩模版與涂覆光刻膠的基底表面直接接觸，從而將掩模版上的圖案直接轉(zhuǎn)移到基底光刻膠上，該模式可以有效降低曝光過程中衍射效應(yīng)造成的影響，但是掩模版與基底光刻膠直接接觸，會不可避免地產(chǎn)生污染，從而縮短掩模版的使用壽命，而且也會對光刻膠產(chǎn)生損傷，易形成圖案缺陷，影響最終器件良率。接近式光刻機(jī)在此基礎(chǔ)上，在光刻掩模版和光刻膠之間留有微小的間隙，避免因相互接觸造成的掩模版和光刻膠層損傷，但受光學(xué)衍射效應(yīng)的影響，會降低分辨率精度，導(dǎo)致其最高分辨率僅約3 μm。1973年，美國的珀金埃爾默公司（Perkin Elmer）推出了首臺投影式光刻機(jī)，其可以利用光學(xué)投影系統(tǒng)將掩模版上的圖案投影至基底上。此后，投影式光刻機(jī)成為集成電路制造的主流設(shè)備機(jī)型，結(jié)合各種分辨率提升工藝，目前可將關(guān)鍵尺寸減小至3 nm左右。

由于投影式光刻機(jī)構(gòu)造復(fù)雜，價格昂貴，目前主要應(yīng)用于工業(yè)化量產(chǎn)領(lǐng)域，在科研領(lǐng)域應(yīng)用較少。目前實(shí)驗(yàn)室研究階段的光刻工藝主要采用早期的接觸式光刻機(jī)，曝光光源為常用的汞燈光源，光刻分辨率為2 μm 左右。

1.2 激光直寫技術(shù)

激光直寫技術(shù)是一種具有高度靈活性的可定制化的微納加工方式。相比于上述的光刻過程中必要的圖案化掩模版，激光直寫技術(shù)能夠通過計(jì)算機(jī)直接進(jìn)行圖案化設(shè)計(jì)，并將設(shè)計(jì)圖案輸出。這使得激光直寫技術(shù)具有更高的圖案設(shè)計(jì)靈活性，在新型結(jié)構(gòu)器件和圖案電路的設(shè)計(jì)方面具有顯著優(yōu)勢。

激光直寫技術(shù)實(shí)現(xiàn)基底的圖案化有兩種方式，一種是通過高能量脈沖或連續(xù)激光直接對基底進(jìn)行刻蝕，從而實(shí)現(xiàn)基底圖案化[3]；另一種類似于光刻過程，需要先在基底上旋涂光刻膠，之后在計(jì)算機(jī)上設(shè)計(jì)圖案并生成可執(zhí)行文件，通過微透鏡陣列結(jié)合步進(jìn)位移平臺，將設(shè)計(jì)圖案轉(zhuǎn)移到涂覆光刻膠的基底上，再通過顯影實(shí)現(xiàn)基底上光刻膠的圖案化，最后進(jìn)一步結(jié)合濕法或干法刻蝕工藝實(shí)現(xiàn)基底圖案化[4]。

對于上述第一種直寫方式，其核心包括3個部分：激光光源、光束傳輸系統(tǒng)及平臺運(yùn)動控制系統(tǒng)?？刹捎玫募す夤庠窗w秒脈沖激光器、固態(tài)連續(xù)激光器、光纖激光器及半導(dǎo)體激光器等。對于光束傳輸系統(tǒng)，需要考慮工作距離、激光焦點(diǎn)大小及能量大小等，這決定了直寫圖案的分辨率和質(zhì)量。對于第二種激光直寫光刻技術(shù)，其光源一般采用固定波長的激光光源或LED光源，其核心是微透鏡陣列曝光系統(tǒng)與步進(jìn)位移平臺。數(shù)字微透鏡陣列類似于傳統(tǒng)光刻過程中的掩模版作用，其優(yōu)勢是可通過計(jì)算機(jī)靈活設(shè)計(jì)曝光圖案，但其整體尺寸很小，需要結(jié)合步進(jìn)位移平臺進(jìn)行滾動式圖案曝光，才能最終實(shí)現(xiàn)大面積圖案轉(zhuǎn)移。相比于傳統(tǒng)光刻過程，其缺點(diǎn)是大面積圖案化時間過長，效率較低，因此該技術(shù)通常被用于光刻掩模版的制備。對于科研領(lǐng)域而言，由于其圖案設(shè)計(jì)的靈活性，被廣泛用于集成器件的微納加工制備。

1.3 電子束曝光技術(shù)

電子束曝光技術(shù)與激光直寫技術(shù)的優(yōu)勢類似，也可以通過計(jì)算機(jī)對圖案進(jìn)行高度定制化的設(shè)計(jì)，除此之外，由于電子束曝光技術(shù)中所使用的電子束（曝光光源）波長遠(yuǎn)小于常用激光器的紫外激光波長，大幅減小了光學(xué)衍射效應(yīng)的影響，使分辨率得到顯著提升，可用于曝光200 nm以下線寬的圖案[5]。電子束曝光系統(tǒng)主要由電子束光路控制系統(tǒng)、載物樣品臺及控制元件構(gòu)成[6]。其中，核心光路系統(tǒng)元件由電子束源、磁性透鏡、電子束偏轉(zhuǎn)裝置及電子束阻斷裝置組成。電子束源的產(chǎn)生可由熱離子陰極或者熱場發(fā)射，電子束能量最大可達(dá)200 keV。

雖然電子束曝光技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于原型器件制備及高精度掩模版制備，但是其曝光效率低的問題依然存在。由于在進(jìn)行高精度圖案化的過程中需要使用很細(xì)的電子束流及較大的放大倍數(shù)，這使得刻蝕的視場變得很小，進(jìn)而使得步距變小，最終導(dǎo)致曝光所需時間大幅延長，降低基底圖案化的速率。因此，電子束曝光技術(shù)目前只適合于制備高精度、小尺寸的微納器件，對于大面積高集成度的圖案化來講，則顯得制備效率過低，不適合于未來大規(guī)模的工業(yè)化量產(chǎn)。除此之外，電子束曝光過程中的鄰近效應(yīng)會對其成像分辨率造成很大影響。在電子束曝光的過程中，轟擊在光刻膠的電子會有一定小角度地向前散射及被基底反射回來的背散射作用，前散射電子會導(dǎo)致電子束直徑變寬，而背散射電子會在光刻膠中傳遞，導(dǎo)致發(fā)生鄰近效應(yīng)。目前，鄰近效應(yīng)通常可以通過減小電子束流大小及通過軟件計(jì)算校正方式得到緩解。

1.4 三維光學(xué)顯微鏡技術(shù)

三維光學(xué)顯微鏡技術(shù)是一種非接觸式的三維光學(xué)表面測量技術(shù)[7]。該技術(shù)具有測量速度快、對樣品表面無損傷、測量范圍大及圖像可拼接的優(yōu)勢，廣泛應(yīng)用于微納圖案化結(jié)構(gòu)的表征和測量領(lǐng)域。該技術(shù)一般使用干涉法、共聚焦法等。干涉法是利用光波干涉原理，根據(jù)干涉條紋在不同厚度或起伏度的樣品表面上的微小變化，再通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行讀取和處理后，提取得到樣品表面的高度差信息。共聚焦法是利用在垂直方向上的連續(xù)光學(xué)切片方法，掃描得到不同位置的圖像信息，并進(jìn)行疊加運(yùn)算后，得到樣品表面微納結(jié)構(gòu)的三維圖像。

1.5 原子力掃描探針技術(shù)

原子力掃描探針技術(shù)屬于應(yīng)用最廣泛的一種探針成像方法[8]，該技術(shù)的工作原理是利用一根帶有納米針尖的懸臂梁，其中一端固定，帶有針尖的另一端與基底輕輕接觸或保持一定微小距離。由于針尖尖端原子與待測樣品表面存在相互作用力，在掃描樣品表面時，保持該相互作用力恒定，即針尖與樣品表面的相對距離保持恒定，懸臂梁會隨著樣品表面的形貌起伏而不斷變化，在探針的懸臂梁上會被投射一束激光，該激光被懸臂梁反射到特定位置并被探測器探測，懸臂梁的微小變化會引起激光位置的較大變化，并被探測器探知，回饋到計(jì)算電路中，經(jīng)過計(jì)算可得到樣品的表面形貌。

利用原子力掃描探針技術(shù)，可以獲得很高的表面分辨率，適合于分析高精度的微納結(jié)構(gòu)，但是其掃描速率較慢，不適合于大面積微納結(jié)構(gòu)的圖像采集與分析。另外，該掃描技術(shù)由于探針的磨損和消耗，表征成本較高。該技術(shù)與適合大面積微納結(jié)構(gòu)分析的三維光學(xué)顯微鏡技術(shù)構(gòu)成互補(bǔ)。

1.6 掃描電子顯微鏡技術(shù)

掃描電子顯微鏡技術(shù)是利用電子與物質(zhì)之間的相互作用所產(chǎn)生的二次電子和背散射電子進(jìn)行成像，掃描電子顯微鏡的核心部件包括電子槍、電磁透鏡、掃描線圈、探測器等[9]。在分辨率方面，掃描電子顯微鏡與原子力顯微鏡都具有較高的橫向分辨率，掃描電子顯微鏡除了能夠分析樣品的表面形貌外，還可以分析樣品的成分與元素分布[10]。但是在縱向分辨率方面，其不如原子力顯微鏡，而且對于具有較高縱橫比的微納結(jié)構(gòu)表面樣品來講，采用掃描電子顯微鏡無法得到其具體的高度信息，需要進(jìn)一步將樣品沿截面切開表征。除此之外，掃描電子顯微鏡掃描樣品需要其具有較好的導(dǎo)電性，否則樣品在測試過程中會發(fā)生局部充電現(xiàn)象，從而影響對于形貌的觀察。

2 微納加工與表征技術(shù)在高集成度和高性能光電器件研究中的進(jìn)展

由于有機(jī)半導(dǎo)體材料在降低器件生產(chǎn)制造成本、柔性化及光電特性調(diào)控等方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢，近年來基于有機(jī)材料的光電器件得到了廣泛且深入的研究。為了將有機(jī)光電器件進(jìn)一步向?qū)嵱没?、產(chǎn)業(yè)化方向發(fā)展，實(shí)現(xiàn)高性能集成有機(jī)光電器件成為其必須要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)。前文主要介紹了目前主流的微納加工與表征技術(shù)，下文將主要概述以上微納加工和表征技術(shù)在高性能集成有機(jī)光電器件研究中的最新進(jìn)展。

微納加工的主要目的在于實(shí)現(xiàn)器件的分立與互聯(lián)，使得每個器件在既不發(fā)生相互串?dāng)_的情況下，又可以聯(lián)系在一起工作從而實(shí)現(xiàn)特定功能。微納表征技術(shù)主要用于表征加工后的圖案與參數(shù)規(guī)格滿足器件構(gòu)筑的需求，指導(dǎo)調(diào)節(jié)微納加工的具體參數(shù)以滿足器件正常工作要求。除此之外，微納表征技術(shù)還可用于器件性能提升的研究，用于分析影響器件性能的主要因素。

實(shí)現(xiàn)高性能集成有機(jī)光電器件的關(guān)鍵在于無損地實(shí)現(xiàn)有機(jī)材料的圖案化。目前，實(shí)現(xiàn)有機(jī)材料圖案化的路徑主要有兩種，即“自上而下”與“自下而上”?！白陨隙隆笔侵冈诨咨仙L大面積完整的有機(jī)材料，之后采用圖案化刻蝕的方式將多余的材料去除，從而實(shí)現(xiàn)集成器件制備。“自下而上”是指利用微納加工技術(shù)首先在基底上形成圖案化結(jié)構(gòu)，之后在圖案化的基底上生長材料，得到圖案化的有機(jī)材料，最終實(shí)現(xiàn)集成器件構(gòu)筑。2015年，揭建勝課題組發(fā)展了一種光刻輔助旋涂的材料生長策略，可以實(shí)現(xiàn)有機(jī)單晶納米陣列的晶圓級精確圖案化（見圖1）[11]。他們首先采用光刻在基底上構(gòu)筑了圖案化的光刻膠作為有機(jī)單晶半導(dǎo)體材料自組裝生長的模板，然后再通過旋涂的方式進(jìn)行材料生長。該方法有以下4方面優(yōu)勢：一是確保了制備得到的大面積有機(jī)單晶陣列具有基本相同的均勻性、可靠性與柔性；二是有機(jī)單晶材料的位置和形狀可以在亞微米級別進(jìn)行控制，將集成器件的集成水平提升到一個新的高度；三是晶圓級有機(jī)材料的生長、陣列化及圖案化可以同時在1 min內(nèi)完成，展現(xiàn)了該策略制備材料的高效性；四是通過該策略制備得到了高性能的有機(jī)場效應(yīng)晶體管，其遷移率高達(dá)3.4 cm2/（v·s），高于多晶薄膜的遷移率。2019年，該課題組又發(fā)展了一種極性表面限制結(jié)晶的策略實(shí)現(xiàn)陣列化有機(jī)單晶半導(dǎo)體材料的生長（見圖2）[12]，他們首先采用光刻方式，在涂覆有聚合物絕緣層材料的基底上得到圖案化的光刻膠，之后利用光刻膠作為掩膜，將樣品進(jìn)行等離子體轟擊處理，以此來改變基底的極性，之后再將光刻膠去除，得到具有不同極性的基底，隨后采用溶液法刮涂的方式在聚合物絕緣層上生長有機(jī)半導(dǎo)體材料，研究發(fā)現(xiàn)有機(jī)溶液優(yōu)先在等離子體處理過的絕緣層基底上成核生長，最終實(shí)現(xiàn)了圖案化的有機(jī)單晶陣列，并以此制備了高性能的柔性場效應(yīng)晶體管器件，器件遷移率最高可達(dá)2.25 cm2/（v·s）。光刻輔助微溝道限域策略具有良好的普適性。2020年，該課題組在此基礎(chǔ)上，采用光刻微溝道輔助，生長得到陣列化的鈣鈦礦微米線，并構(gòu)筑了高性能集成光電探測器件，器件在光探測成像方面展現(xiàn)出了良好的應(yīng)用前景（見圖3）[13]。除此之外，微納加工技術(shù)在集成器件性能提升研究方面也展現(xiàn)出了其優(yōu)勢[14-15]，Jun Takeya等利用光刻等微納加工技術(shù)，對基于有機(jī)半導(dǎo)體材料的器件進(jìn)行選擇性摻雜，從而實(shí)現(xiàn)高遷移率、低接觸電阻及高工作頻率的場效應(yīng)晶體管器件（見圖4）[15]，這對遠(yuǎn)距離無線通信具有潛在的應(yīng)用價值。2017年，宋清海課題組發(fā)展了一種“自上而下”的半導(dǎo)體微納加工工藝，用來制備圖案化的鈣鈦礦材料，從而實(shí)現(xiàn)激光器件的制備[16]。他們首先通過電子束曝光技術(shù)制備掩模版，接著采用電感耦合等離子體刻蝕鈣鈦礦材料，最終將掩膜圖案轉(zhuǎn)移至生長得到的片狀鈣鈦礦材料上。采用該策略可以輕松實(shí)現(xiàn)一些通過直接合成難以得到的結(jié)構(gòu)，進(jìn)而有利于激光器件的構(gòu)筑。此外，該課題組采用電子束曝光結(jié)合剝離工藝，制備得到了基于TiO2的元表面（見圖5）[17]，最終可以實(shí)現(xiàn)高空間分辨率的全色結(jié)構(gòu)。以上的研究進(jìn)展說明微納加工與表征技術(shù)在高性能集成光電器件研究方面已經(jīng)成為一種強(qiáng)有力的研究工具與手段。

圖1 光刻輔助旋涂的材料生長策略實(shí)現(xiàn)有機(jī)單晶納米陣列的晶圓級精確圖案化

圖2 極性表面限制結(jié)晶策略實(shí)現(xiàn)陣列化有機(jī)單晶半導(dǎo)體材料的生長

圖3 基于圖案化鈣鈦礦微米線陣列制備光電探測器性能與成像應(yīng)用

圖4 利用光刻技術(shù)選擇性摻雜提升有機(jī)場效應(yīng)晶體管器件性能

圖5 電子束曝光技術(shù)制備具有微納結(jié)構(gòu)的TiO2表面

3 微納加工與表征技術(shù)在科學(xué)研究中的應(yīng)用實(shí)例

為了更清晰地對比不同微納加工與表征技術(shù)的優(yōu)劣，下文將結(jié)合研究單位現(xiàn)有條件，以應(yīng)用實(shí)例進(jìn)行說明。

3.1 實(shí)例研究中采用的微納加工與表征設(shè)備型號

光刻曝光系統(tǒng)采用德國SUSS MicroTec公司的MJB4手動型接觸式曝光系統(tǒng)。該光刻曝光系統(tǒng)主要包括勻膠機(jī)、烘烤機(jī)、曝光系統(tǒng)及顯影機(jī)。曝光光源采用350 W汞燈光源，曝光面積最大100 mm，最高分辨率優(yōu)于0.8 μm，曝光模式支持硬接觸、軟接觸、接近式及真空4種模式。激光直寫曝光系統(tǒng)采用蘇大維格公司生產(chǎn)的Microlab 4A-100-H激光直寫系統(tǒng)。曝光光源包括可選的405 nm LED和激光光源，擁有固定點(diǎn)陣、直寫光刻和干涉光刻3種曝光模式。三維光學(xué)顯微鏡采用德國徠卡DCM8共聚焦干涉顯微鏡，該系統(tǒng)融合了共聚焦和干涉光學(xué)測量儀，可獲得亞納米級的垂直分辨率。掃描電子顯微鏡系統(tǒng)采用日立公司的SU5000熱場式場發(fā)射掃描電子顯微鏡。

3.2 不同微納加工與表征手段對比——以硅基底圖案化為例

采用手動接觸式光刻曝光系統(tǒng)對硅片基底進(jìn)行圖案化工藝。主要步驟包括：正性光刻膠旋涂、烤膠、曝光及顯影過程。在旋膠過程中，光刻膠的厚度會受到光刻膠的黏度及旋涂轉(zhuǎn)速的影響，光刻膠的厚度選擇需要根據(jù)后續(xù)的刻蝕工藝來合理確定。在此實(shí)例中，采用兩步分段旋涂，第一步轉(zhuǎn)速設(shè)置為500 rpm，保持時間為8 s，該步驟可以將光刻膠均勻鋪開并覆蓋整個基底，第二步轉(zhuǎn)速設(shè)置為3 500 rpm，保持30 s，該步驟可將多余的光刻膠去除，并使得光刻膠中多余的溶劑揮發(fā)，使之成膜。之后將覆蓋有光刻膠的硅片基底放置在烤膠機(jī)上進(jìn)行烘烤，烤膠參數(shù)為100 ℃下保持3 min，該步驟為了確保光刻膠中的溶劑充分揮發(fā)，以防止在后續(xù)曝光過程中對掩模版造成污染。曝光過程采用軟接觸模式，先將基底與掩模版上的圖案進(jìn)行對準(zhǔn)，之后調(diào)節(jié)曝光參數(shù)，該實(shí)例中采用的曝光光源功率為350 W，曝光時間為1.6 s，曝光模式為陣列式曝光。再將曝光之后的基片依次放置到顯影液和定影液中浸泡，可得到圖案化的硅基底。

采用激光直寫曝光系統(tǒng)對硅片基底進(jìn)行圖案化工藝。主要步驟包括：正性光刻膠旋涂、烤膠、直寫曝光以及顯影過程。其中光刻膠旋涂、烤膠及顯影步驟與光刻曝光中基本一致。在曝光過程中，首先，需要在計(jì)算機(jī)繪制需要曝光的圖案，之后使用專業(yè)軟件將宏觀的圖案轉(zhuǎn)化為符合數(shù)字微透鏡陣列（DMD）尺寸的圖像，再進(jìn)行執(zhí)行文件的轉(zhuǎn)化，最終生成儀器可執(zhí)行的任務(wù)文件。其次，將烘烤后的覆蓋有光刻膠的基底放置在位移平臺上，移動位移平臺進(jìn)行聚焦，之后執(zhí)行任務(wù)文件，進(jìn)行直寫曝光。最后，將曝光完成的基底進(jìn)行顯影。

從兩種微納加工工藝實(shí)例的具體操作中，對比分析了兩種曝光模式的優(yōu)劣。光刻曝光系統(tǒng)的優(yōu)勢在于圖案化基片加工速度快，可在幾秒內(nèi)完成曝光過程，適合于制備大批量實(shí)驗(yàn)樣品。而激光直寫曝光系統(tǒng)加工相同精度和大小的圖案化基片，則需要半個小時，加工速率大幅降低。但是對于激光直寫曝光系統(tǒng)，其加工圖案的靈活性更好，可直接在計(jì)算機(jī)上繪制圖案，并轉(zhuǎn)化成任務(wù)文件進(jìn)行曝光，對于實(shí)驗(yàn)性研究，具有很大的優(yōu)勢?？傊谝詫?shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的研究中，可以先采用激光直寫曝光系統(tǒng)來驗(yàn)證提出想法的可行性，根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)對圖案的形狀與大小進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，在確定最優(yōu)化的基底圖案之后，可制作掩模版，采用光刻曝光來快速、大批量制備實(shí)驗(yàn)所用圖案化基底，為進(jìn)一步調(diào)控器件性能及器件集成奠定基礎(chǔ)。

在微納結(jié)構(gòu)表征方法方面，采用DCM8和SU5000分別對圖案化基底進(jìn)行表征，得到如圖6和圖7所示的結(jié)果。從表征結(jié)果來看，對于分辨率要求不高的微納圖案，采用三維光學(xué)顯微鏡表征可直接得到圖案化基底表面的三維形貌，在樣品的快速、無損表征方面具有很大優(yōu)勢，而掃描電子顯微鏡無法在不破壞基底的情況下得到實(shí)例所示圖案的高度信息。但是如果對于更高精度的微納結(jié)構(gòu)表征，光學(xué)顯微鏡由于光學(xué)衍射現(xiàn)象，其極限分辨率會受到限制，采用掃描電子顯微鏡則更具優(yōu)勢。

圖6 圖案化Si基底的掃描電子顯微鏡圖像

圖7 圖案化Si基底的三維光學(xué)顯微鏡圖像

4 展望

綜上所述，隨著現(xiàn)代科技的進(jìn)步與發(fā)展，高性能有機(jī)集成光電器件將會在光電探測、光通信、顯示、激光器件及健康監(jiān)測等各個領(lǐng)域展現(xiàn)出其較大的應(yīng)用優(yōu)勢。微納加工與表征技術(shù)在其發(fā)展進(jìn)程中也展現(xiàn)出了不可或缺的重要性。目前，主流微納加工與表征技術(shù)都是基于無機(jī)半導(dǎo)體發(fā)展起來的，與有機(jī)半導(dǎo)體材料的兼容性問題還需要進(jìn)一步解決，這也是有機(jī)光電器件走向?qū)嶋H產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)與應(yīng)用的必經(jīng)之路。在科研方面，需要合理利用現(xiàn)有不同微納加工與表征技術(shù)的優(yōu)勢，加快高性能有機(jī)集成光電器件的研發(fā)進(jìn)度，進(jìn)而加快建設(shè)科技強(qiáng)國。