什么是PDMS?

PDMS(聚二甲基硅氧烷)在室温下是一种无色粘稠的液体,所以被称为硅油,是软光刻中常用的聚合物。PDMS是一种廉价、安全、无毒的聚合物,具有良好的透光性和高化学惰性。它是一种高级弹性体,具有低杨氏模量。因为PDMS不附着在AZ4620或晶圆上,所以我们在实验中利用PDMS的优良特性,将平面微透镜阵列结构倒置,转移到PDMS上,产生柔性图案。

PDMS溶液必须在反向成型过程开始前准备好。因为PDMS不能在室温下固化,所以需要添加一种特殊的固化剂。PDMS溶液由PDMS预聚物和固化剂按质量比10:1混合而成。充分搅拌后,混合物中出现大量气泡,在真空桶中抽真空(也可静置40分钟以上),直至混合气体被完全抽走。然后将事先准备好的平面微透镜阵列模板连接到离心机上,将少量PDMS溶液慢慢倒在微透镜阵列上,让其慢慢分散并去除任何气泡,并相应调整离心机的速度和时间。为了获得均匀厚度的PDMS网(更厚的PDMS网用于防止薄膜在后续负压过程中下垂),这里再次使用旋涂法。涂完一层后,让薄膜静置约1分钟,然后软烤,加热前寻找气泡。如果气泡没有完全排出,加热时会形成气泡。一旦旋涂过程完成,薄膜在65℃的烘箱中烘烤2小时。最后,去除薄膜,得到厚度约为450微米的柔性PDMS模板,凹面微透镜阵列与微透镜阵列相对。

首先依次组装主体和可拆卸盖,然后将模具安装在防震平台上。然后将柔性PDMS阴膜连接到加工成顶盖的球形缺陷的顶部,然后放置并连接微流体注射室。连接真空泵以抽取空气。此时,柔性PDMS模板在负压下下沉,紧密贴合在封面上,形成我们需要的弧度。这里的微孔阵列设计允许更均匀的力施加到PDMS屏幕上,使得负压均匀地分布在屏幕上,并且最小化薄膜拉伸的各向异性。负压稳定后,将毛细管与微流控注射泵(LSP04-1A,朗格恒流泵有限公司)连接进行键合。一定量的过量通过微流体注射室的粘合剂孔和通气孔固定,以有效地去除可能的空气和杂质。最后,将整个器件置于紫外线设备下,一旦成型材料固化,将其脱模以获得弯曲的微透镜阵列。

设计中选用Noa81(诺兰德光学胶81,诺兰德产品公司)作为成型材料,它具有优异的光学透过率,在可见光波长内保持90%以上的透过率,耐溶剂性高,完全固化后硬度不脆。由于其弹性,该结构可以缓解振动或环境温度极端变化引起的应力,从而保证固化后复眼结构的长期性能。另外紫外光下的固化速度极快,最快几十秒就完成紫外光固化,这对保护紫外光刻设备非常重要。