[发明专利]一种用于微纳尺度多级结构装配的方法及其验证方法

说明书

本发明公开了一种用于微纳尺度多级结构装配的方法及其验证方法，属于电子元器件制造领域，本发明利用硅胶基体的收缩变形，一级屈曲形成微纳尺度三维结构，并在一级屈曲结构的底部生长一层厚度和几何外形可控的下层二维薄膜结构，将结构整体从硅胶基体表面移除后，在不施加外在因素的条件下，上层的二维薄膜结构以及下层二维薄膜结构会发生二次屈曲变形，进而形成多级装配结构；本发明还公开了验证其正确性的方法；本发明的有限元方法可以满足半导体结构的多级装配需求，克服了传统技术无法应用于半导体薄膜结构的缺点，同时引入多级屈曲装配的方法，丰富了三维结构的形态，增加了三维结构器件在设计上的可选择性。

技术领域

本发明属于电子元器件制造，三维通讯线圈制造，生物/医疗支架和传感器设计制造等领域，具体是指一种用于微纳尺度多级结构装配的方法。

背景技术

微纳尺度的3D组装结构越来越受到科学和工程领域的重视。其主要应用领域包括：生物医药、机器人、电池、传感器、微机电系统(MEMS)、光学和光遗传学等领域。现有的三维装配技术主要有：“直写技术”，包括双/多光子光刻技术，激光直写技术和3D打印技术等；结构弯折技术，包括残余应力弯折技术，毛细力弯折技术和智能驱动材料技术、屈曲诱导的三维结构装配技术。

其中屈曲诱导的三维结构装配技术可以实现对半导体、金属和高分子聚合物薄膜结构的复杂装配过程，在现代半导体工艺中具有广阔的应用前景。但是利用硅胶基体的装配技术中，硅胶基体的存在限制了结构的自由使用，具有极大的约束性。现有的技术中，Yan等人发表了最新的研究成果(Yan,Z.,Han,M.,Shi,Y.,Badea,A.,Yang,Y.,Kulkarni,A.,Hanson,E.,Kandel,M.,Wen,X.,Zhang,F.,Luo,Y.,Lin,Q.,Zhang,H.,Guo,X.,Huang,Y.,Nan,K.,Jia,S.,Oraham,A.W.,Mevis,M.B.,Lim,J.,Guo,X.,Gao,M.,Ryu,W.,Yu,K.J.,Nicolau,B.G.,Petronico,A.L.,Rubakhin,S.,Lou,J.,Ajayan,P.M.,Thornton,K.,Popescu,G.,Fang,D.,Sweedler,J.V.,Braun,P.V.,Zhang,H.,Nuzzo,R.G.,Huang,Y.,Zhang,Y.,Rogers,J.A.,Three-Dimensional Mesostructures as High TemperatureGrowth Templates,Electronic Cellular Scaffolds and Self-Propelled Micro-Robots.Proc.Natl.Acad.Sci.,114,pp.E9455-E9464.(2017).)，可以利用该公开的技术在结构的底部生长一层新的结构，使得新结构的厚度和刚度均大于上层的三维结构。之后，将硅胶基体移除，新结构可以保持原有的三维形态。

但是，现有利用的屈曲诱导的结构装配技术的研究中还只停留在只有一次屈曲，在结构形态上存在限制；其次现有的大多数微纳尺度三维制备技术在材料选择上仅适用于陶瓷，金属，高分子聚合物等，对半导体材料的三维结构制备技术还鲜见报道，且现有技术大多具有过程不可控制性与不可逆性。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的问题，公开了一种用于微纳尺度多级结构装配的方法，该方法利用硅胶基体的收缩变形形成微纳尺度三维结构，并利用光敏树脂在结构的底部生长一层厚度和几何外形可控的层状结构。将结构整体从硅胶基体表面移除后，底部新生长的层状结构会发生二次屈曲变形，进而形成多级装配结构。

本发明是这样实现的：

本发明公开了一种用于微纳尺度多级结构装配的方法，其特征在于，步骤如下：

步骤一：利用有限元软件建立上层二维薄膜结构(上层二维结构)以及下层二维薄膜结构(下层二维结构)的几何模型；且上层二维薄膜结构的端部设计为粘接部分，该粘接部分可以设计成正方形，但是该粘接部分的结构不限于正方形；