基于界面間粘附能理論，結合有限元模擬研究聚二甲基硅氧烷(PDMS) 微結構模板實現聚合物SU- 8光刻膠的圖形轉移復制的轉印機理，分析了微結構轉印過程中基底表面能、壓力和SU- 8 膠溶劑對圖形轉印的影響。結果表明，氧等離子體轟擊基底表面可以有效提高基底表面能，保證大面積圖形轉印成功率； 通過有限元方法分析PDMS 模板上微結構在壓強載荷下的變形情況，確定了保證轉印精確度的最大壓強載荷為60 kPa； SU- 8 膠溶液中環戊酮的揮發會造成轉印結構的收縮變形,足夠大的SU-8 膠濃度是保證轉印精確度的前提，SU- 8 2025 光刻膠與環戊酮的體積比大于2 時基本可以保證圖形轉印精度。

　　微納米結構轉印(transfer patterning) 技術是近些年新興發展的微納加工技術，其基本原理是利用模板和基底與轉印圖形層之間粘附能的不同實現圖形從模板到基底間的轉移。與傳統的光刻技術和納米壓印(NIL) 相比，微納米轉印技術具有無溶液參與和無殘膠處理過程等優點，同時由于微納米轉印技術采用柔韌性較好的聚二甲基硅氧烷( PDMS) 和PUA 等材料作為模板材料，可以很好地與卷對卷印刷技術進行整合從而實現大面積連續加工微納圖形。微納米轉印技術并已經廣泛地用于制備微光電器件: 太陽能電池電極，柔性金屬網柵電極，有機發電二極管(OLED) 的金屬陰極以及發電二極管、光伏轉換單元和場效應晶體管中的聚合物結構 ,同時，利用轉印技術制備多層聚合物結構突破了溶液沉積法的限制，并有望運用在便攜式彩色顯示屏像素點的制備上。PDMS 由于具有較低的彈性模量和表面能，較好的柔韌性以及簡易的操作流程和可多次重復使用等優點，作為模板材料廣泛地運用于微納米轉印技術的研究當中，SU-8 光刻膠具有較高的機械強度，較好的生物兼容性和耐化學腐蝕性,在微機電系統(MEMS) 、生物芯片、微流控系統等微尺寸器件中有廣泛的運用，所以采用PDMS 模板轉印SU-8 光刻膠結構的研究具有較好的理論基礎和較高的實用價值。

　　基底表面能、外加壓力和光刻膠溶劑是影響微結構轉印精度和成功率的重要因素，本文利用具有微結構的PDMS 模板作為研究對象，研究PDMS 模板轉印聚合物SU-8 光刻膠過程中基底表面的表面改性，壓力載荷和SU-8 膠溶液濃度對轉印結果的影響，為完善PDMS 模板轉印聚合物結構的理論機制,優化轉印的加工工藝提供理論依據。

1、基于粘附能的轉印機理

　　微納米轉印技術的機理就是利用各個材料間粘附能的不同從而實現轉印結構在模板和基底間的轉移。針對具有微結構的PDMS 模板，將填充好的聚合物轉印到基底上是實現轉印的關鍵，其機理模型可由圖1 表示。

圖1 PDMS 微孔結構的轉印機理示意圖

結論

　　本文以界面間粘附能理論為基礎，利用有限元方法對PDMS 微結構模板轉印SU-8 膠圖形的工藝過程進行了模擬分析，對基底表面能、轉印壓力和SU-8 膠溶劑等工藝參數對圖形轉印精度的影響進行了探討，得出了如下結論: 氧等離子體表面處理技術可增大基底與轉印圖形的粘附能，擴寬微納米轉印的工藝寬容度，實現大面積微結構圖形的轉印； 轉印壓強小于60 kPa 時，實驗中PDMS 模板上微結構的形變量則不大于20%，避免了壓力過大造成的轉印結構嚴重失真； 聚合物溶液中的溶劑在加壓加熱轉印過程會透過PDMS 模板揮發到外界致使轉印的聚合物結構收縮嚴重，降低了轉印的精確度，當轉印圖形材料為SU-8 2025 光刻膠時，SU-8 2025 與環戊酮的體積比大于2 時基本可以保證轉印結構的精確度。