[发明专利]一种无模板激光纳米原位图形化方法及设备

说明书

本发明提供一种无模板激光纳米原位图形化方法及设备，包括步骤为：S1建立激光作用、衬底趋近机构和激光对准机构系统参数；S2丝网刮膜，在丝网板上形成高质量均匀纳米溶液薄膜；S3衬底趋近，精确调节衬底工作台高度，控制丝网板和衬底材料间距；S4激光定位，在衬底所需图形化位置处同时按所写图形生成激光作用路线；S5固化，经衬底工作台加热固化完成图形化过程。本发明的有益效果：工艺流程简单，易于操作，所适用材料和衬底范围广；免除掩膜或模具制备过程、压缩产品周期，提升了加工精度降低工艺成本；在新品的快速开发、多品种小批量产品制备以及满足各种非标准器件需求方面具有明显优势，应用前景广阔。

技术领域

本发明属于微电子、微纳加工领域，特别涉及一种无模板激光纳米原位图形化方法及设备，用于纳米材料的印刷及图形化。

背景技术

柔性电子、柔性传感器、LED图形化、太阳能电池板、高清平板显示、抗反射和自清洁玻璃、晶圆级微纳光学器件等产品都需要在衬底基材或者基板上印刷制备纳米结构,因而催生了较为广阔的市场需求。

目前纳米材料图形化制备方法以丝网印刷技术、纳米压印技术、光刻技术及其衍生技术为主。例如，中国专利CN108263106B公开的一种纳米材料的图形化方法，用丝网板覆盖于滤膜上，通过丝网印刷聚合物浆料，在滤膜表面形成图形化的聚合物浆料层，而后在聚合物浆料层的图形化区域沉积纳米材料，形成纳米材料结构，最后纳米材料结构转印至衬底。由于丝网印刷技术的局限性，该方法对复杂结构和高精度印刷仍然存在很大的技术困难。

中国专利CN105159029A公开一种结合平板纳米压印和滚轮纳米压印的微纳图形化方法和装置，经预处理、压印和固化、脱模和后处理等环节实现大面积大尺寸刚性衬底的微纳米图形化，该设备采用软模具配合滚轮压印、脱模工艺，制备流程复杂，增加了由中间制作环节产生图形形变和错位的风险。

中国专利CN106115681A公开一种实现二维材料图形化的方法，将一维或者二维位相光栅置于样品上，通过激光照射光栅，由相干现象形成激光能量的空间分布，实现图形化结构。该方法的技术难点在于高品质光栅掩膜制造，对制备设备和技术人员要求较高，而且一套模具只适用于特定图形结构制备，制备成本高。

上述几类传统图形化技术的一个共同的技术瓶颈是，都需要结合掩膜或者模具辅助。随着器件不断小型化和高度集成化发展趋势，器件特征尺寸持续缩小，所需掩膜的制备技术难度和成本持续上升，无掩膜技术广受关注，同时，高精度纳米印刷和图形化技术亟待提升和改进。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种无模板纳米材料原位图形化方法和设备。能够一次实现激光原位图形化，满足当前高效率、低成本、高精度等市场需求。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种激光纳米原位图形化方法，包括如下步骤：

步骤S1:建立激光作用、丝网刮膜、衬底趋近和激光对准系统参数，系统参数包括:激光光斑大小、激光功率、激光扫描速度、刮涂角度、丝网与衬底之间的距离；步骤S2，丝网刮膜：采用刮涂法在丝网板上形成高质量均匀纳米溶液薄膜；步骤S3，衬底趋近：精确调节衬底工作台高度，控制丝网板和衬底材料间距；步骤S4，激光定位、生成印刷图形路线：在衬底所需图形化位置处，按照计算机设定的图形路径生成激光作用路线；步骤S5，成图、固化：计算机控制激光在X-Y平面以设定路线行进并进行作用，激光作用丝网的地方,附着在丝网上的纳米材料被转移到衬底上,经衬底工作台加热固化完成图形化过程

步骤S3所述控制丝网板和衬底材料间距为0.05—0.2mm。

步骤S4所述生成激光作用路线通过功率调节器调节激光功率、光斑大小聚焦于丝网薄膜。