中国粉体网讯 基于近眼显示设备的AR技术是目前的一个研究热点。其中，光波导是解决AR近眼显示设备大视场角与小体积矛盾的核心光学元件，目前主要分为几何光波导和衍射光波导两类。衍射光波导尺寸小，更轻薄，且加工工艺更为可靠，成为现阶段的首选方案。表面浮雕光栅衍射光波导是利用半导体技术在镜片表面加工出特定的微纳结构，从而使光在微纳结构中衍射成像，这种加工方式效率低、成本高，无法实现量产，但如果结合纳米压印（NIL）技术不断复制微纳结构，就可以批量生产光波导元件，大幅度降低光刻加工成本。
01 什么是纳米压印？
纳米压印技术与传统的印刷技术类似，是一种通过压印来复制模板上图案的方法，具有极高的分辨率且效率高、成本低，被认为是有望替代传统光刻技术的下一代微纳加工手段之一。
纳米压印的基本原理是通过压力将模板上的图形复制到聚合物转移介质中，再结合后续干法刻蚀等工艺，最终将图形转移到衬底材料上。完整的纳米压印制程通常包括模板制作、模板防粘等前期准备工艺，涂胶、压印、脱模等核心压印工艺，以及压印残余去除和图形刻蚀转移等后续工艺。
NIL技术工艺流程图
纳米压印工艺分为热压印（T-NIL）和紫外压印（UV-NIL）。热压印需要先对压印胶层进行加热，当温度高于压印胶的玻璃化转变温度（Tg）时胶层软化，对模板施加一定大小的压力保持一段时间，在压印胶层仍然软化时脱去模具，然后降温即可完成压印。紫外压印不需要加热也无需施加压力，但是要求压印模板或衬底必须为透明材料，紫外光透过透明模板使压印胶固化，脱模后可得到所需图案。在AR眼镜表面浮雕光栅光波导的制造中，主流采用紫外压印工艺。
02 纳米压印胶
压印胶是纳米压印过程中的关键功能材料，其性能直接影响图形转移的质量。
热压印过程中使用的压印胶可以分为热固性和热塑性两类。热塑性压印胶在升温过程中会由固态变为黏流态，在模板压下后充满模板空隙，降温后再变为固态。较常见的用作热塑性压印胶的聚合物有聚甲基丙烯酸酯（PMMA）、聚苯乙烯（PS）和聚碳酸酯（PC）等。为了降低压印温度和压力、缩短纳米热压印的操作时间，人们研究了热固性压印胶，压印时首先将预聚体喷涂在基片上，随着压印温度的上升，预聚体发生化学交联固化，从而实现图形的转移。
紫外压印工艺中的压印胶应满足：①黏度小；②光固化速率快；③脱模性能优，并与基片黏附性好；④抗干法刻蚀能力优。紫外压印胶包括丙烯酸酯系、乙烯基醚、环氧树脂类等，这些材料在紫外光照射下迅速固化，适合快速、高精度的图案转移。
图源：天仁微纳
纳米压印加工技术近年来已经在越来越多的领域得到应用，尤其是在AR眼镜制造领域，纳米压印技术是目前衍射光波导的主要加工手段之一，在未来的一段时间内，此技术很可能会成为微纳加工领域一种大规模应用的解决方案。
参考来源：
[1]王梦诚等：纳米压印研究进展及创新应用
[2]贾建飞：面向AR纳米压印母模制造电子束光刻图形精度调控研究及应用
[3]董会杰等：纳米压印用压印胶的研究进展
（中国粉体网编辑整理/石语）
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