Fabrication, Verdichtung, und Replica Molding von 3D-Carbon Nanotube Mikrostrukturen

Zusammenfassung

Wir stellen Methoden zur Herstellung von gemusterten Mikrostrukturen von vertikal ausgerichteten Kohlenstoff-Nanoröhren (CNTs), und ihre Verwendung als Master-Formen für die Herstellung von Polymer-Mikrostrukturen mit organisierten nanoskalige Oberflächenstruktur. Die CNT-Wälder werden durch Kondensation von Lösungsmittel auf das Substrat, ein deutliches Plus an Packungsdichte und ermöglicht selbst gesteuertes Bildung von 3D-Formen verdichtet.

Zusammenfassung

Die Einführung neuer Materialien und Prozesse zu Mikrofabrikation hat, zum großen Teil, konnten viele wichtige Fortschritte in der Mikrosystemtechnik, Lab-on-a-Chip-Geräten und deren Anwendungen. Insbesondere wurden Möglichkeiten für eine kostengünstige Herstellung von Polymer-Mikrostrukturen mit dem Aufkommen der weichen Lithographie und andere Mikroformen Techniken ^{1, 2} verwandelt, und dies führte eine Revolution in Anwendungen der Mikrosystemtechnik zur biomedizinischen Technik und Biologie. Dennoch bleibt es schwierig, Mikrostrukturen mit genau definierten nanoskaligen Oberflächenstrukturen herzustellen und zu beliebigen 3D-Formen auf der Mikro-Maßstab herzustellen. Robustheit der Meister Formen und Wartung der Form ist besonders wichtig, um High-Fidelity-Replikation komplexer Strukturen und Wahrung ihrer nanoskaligen Oberflächenstruktur zu erreichen. Die Kombination von hierarchischen Strukturen und heterogene Formen, ist eine große Herausforderung, bestehende Mikrofertigungsverfahren dass LARgely auf Top-down-Ätzung mit festen Maske Vorlagen zurückgreifen. Auf der anderen Seite kann der Bottom-up-Synthese von Nanostrukturen wie Nanoröhren und Nanodrähte neue Funktionen zur Mikrofabrikation bieten, insbesondere durch die Nutzung der kollektiven Selbstorganisation von Nanostrukturen und lokale Kontrolle über ihr Wachstum Verhalten in Bezug auf mikrofabrizierten Muster .

Unser Ziel ist es vertikal ausgerichtete Kohlenstoff-Nanoröhren (CNTs), die wir als CNT "Wälder", als eine neue Mikrofabrikation Material einzuführen. Wir präsentieren Details einer Reihe von verwandten Methoden kürzlich von unserer Arbeitsgruppe entwickelt: Herstellung von CNT Wald Mikrostrukturen durch thermische CVD aus lithographisch strukturiert Katalysator dünnen Schichten; selbstgesteuerten elastocapillary Verdichtung von CNT Mikrostrukturen; und Replik Formen von Polymer-Mikrostrukturen mit CNT Composite Masterformen . Insbesondere zeigt unsere Arbeit, dass selbst gesteuertes kapillaren Verdichtung ("Kapillare bilden"), die Perfo istrmed durch Kondensation eines Lösungsmittels auf das Substrat mit CNT Mikrostrukturen, erhöht die Packungsdichte von CNTs. Dieses Verfahren ermöglicht die Transformation von vertikal gerichteten CNT Mikrostrukturen in geraden, schrägen und verdrehten Formen, die robuste mechanische Eigenschaften über denen der typische Polymere Mikrofabrikation haben. Dies wiederum ermöglicht die Bildung von Nanocomposit CNT Masterform mit Kapillar-angetriebenen Infiltration von Polymeren. Die Replik Strukturen weisen die anisotropen nanoskaligen Textur der ausgerichteten CNTs, und Wände mit Submikrometer-Dicke und Seitenverhältnissen von mehr als 50:1 haben. Integration von CNT in der Fertigung von Mikrostrukturen bietet weitere Gelegenheit, um die elektrischen und thermischen Eigenschaften von CNTs, und vielfältige Funktionen für die chemische und biochemische Funktionalisierung ³ zu nutzen.

Protokoll

1. Catalyst-Strukturierung

1. Erfassen einer (100) Silizium-Wafer mit einer 3000 Å dicken Siliziumdioxidschicht, mit mindestens einer polierten Seite. Alternativ können Sie erwerben ein Siliziumwafer, und wachsen 3000 Å Siliziumdioxid auf dem Wafer. Die gesamte Verarbeitung unten beschrieben auf der polierten Seite des Wafers durchgeführt.
2. Spincoat eine Schicht aus HMDS bei 500 UpM für 4s, dann bei 3000rpm für 30s. HMDS fördert die Haftung zwischen dem Wafer und dem Photoresist.
3. Spincoat eine Schicht von SPR-220-3 bei 500 UpM für 4s, dann bei 3000rpm für 30s.
4. Backen Sie den Wafer auf einer Heizplatte bei 115 ° C für 90s.

Diskussion

Lithographische Strukturierung und Vorbereitung des CNT Katalysatorsubstrate ist einfach und wiederholbar, aber die Erzielung konsistenter CNT Wachstum erfordert vorsichtige Aufmerksamkeit zu, wie die Höhe und Dichte der CNT Wälder sind von der Luftfeuchtigkeit und dem Zustand des Wachstums Rohr beeinflusst. Nach unserer Erfahrung sind Muster, die größer als 1000 um ² weniger empfindlich gegenüber kleinen Schwankungen in den Verarbeitungsbedingungen. Ferner betrifft die Dichte der Muster Stücke des Wachstums .......

Materialien

Liste der in diesem Artikel verwendeten Materialien

Name	Unternehmen	Katalognummer	Kommentare
Name des Reagenzes	Firma	Katalog-Nummer	Kommentare
4 "Durchmesser <100> Silizium-Wafer mit SiO 2 (300 nm) beschichtet	Quest-Silicon	Brauch
Positiv-Fotoresist	MicroChem	SPR 220-3,0
Hexamethyldisilizan (HMDS)	MicroChem
Entwickler	AZ Electronic Materials USA Corp	AZ 300 MIF
Sputter-System	Kurt J. Lesker	Lab 18	Sputter-System für die Katalysator-Abscheidung
Thermo-Fisher Minimite	Fisher Scientific	TF55030A	Rohrofen für CNT-Wachstum
Quarzrohr	Technical Glass Products	Brauch	22 mm × 25 mm ID OD 30 "Länge
Helium-Gas	PurityPlus	Er (vorgereinigte 300)
Wasserstoffgas	PurityPlus	H 2 (vorgereinigte 300)	UHP
Ethylen-Gas	PurityPlus	C 2 H 4 (vorgereinigte 300)	UHP
Aluminium-Lochblech	McMaster-Carr	9232T221	Zur Aufnahme von Probe oben Verdichtung Becherglas
UV-Lampe Flut	Dymax	Modell 2000
SU-8-2002	MicroChem	SU-8-2002
Polydimethylsiloxan (PDMS)	Dow Corning	Sylgard 184 Silikon-Elastomer-Kit