Micropunching lithographie pour la génération de micro-et submicronique des motifs sur des substrats polymères

Résumé

Une approche lithographie micropunching est développé pour générer des micro-et submicroniques-modèles sur le dessus, flancs et surfaces inférieures de substrats polymères. Il surmonte les obstacles de la structuration des polymères conducteurs et générer des modèles de paroi latérale. Cette méthode permet la fabrication rapide des fonctionnalités multiples et est libre de la chimie agressive.

Résumé

Polymères conducteurs ont attiré une grande attention depuis la découverte de la conductivité élevée dans le polyacétylène dopé en 1977 ^1. Ils offrent les avantages de faible poids, la couture facile de propriétés et un large éventail d'applications ^2,3. En raison de la sensibilité de polymères conducteurs aux conditions environnementales (par exemple, l'air, des solutions d'oxygène, l'humidité, de température élevée et chimiques), des techniques de lithographie présenter des défis techniques importants lorsque l'on travaille avec ces ⁴ matériaux. Par exemple, les méthodes actuelles de photolithographie, comme l'ultra-violet (UV), sont impropres à la structuration des polymères conducteurs en raison de l'implication des humides et / ou des procédés de gravure sèche dans ces méthodes. En outre, actuels micro / nanosystèmes ont principalement une forme plane ^5,6. Une couche de structures est construit sur les surfaces supérieures d'une autre couche de fonctionnalités fabriqués. Plusieurs couches de ces structures sont empilées pour former de nombreux dispositifs surun substrat commun. Les surfaces de parois latérales des microstructures n'ont pas été utilisés dans des dispositifs construction. D'autre part, les modèles latérales pouvaient être utilisés, par exemple, de construire en 3-D des circuits, de modifier les canaux fluidiques et directe de croissance horizontale de nanofils et de nanotubes.

Une méthode macropunching a été appliquée dans l'industrie manufacturière pour créer macropatterns dans un métal en feuille pour plus de cent ans. Motivé par cette approche, nous avons développé un procédé de lithographie micropunching (MPL) à surmonter les obstacles de la structuration des polymères conducteurs et générer des modèles de paroi latérale. Comme la méthode macropunching, la MPL comprend également deux opérations (Fig. 1): (i) de coupe, et (ii) de dessin. La "coupe" opération a été appliquée à trois motifs polymères conducteurs ^4, le polypyrrole (PPy), poly (3,4-ethylenedioxythiophen)-poly (4-styrènesulfonate) (PEDOT) et la polyaniline (PANI). Il a également été employé pour créer des microstructures Al ⁷. Les microstructures fabriquées de polymères conducteurs ont été utilisés comme l'humidité ^8, chimiques ^{8, 9} et du glucose capteurs. Microstructures combinés d'Al et de polymères conducteurs ont été employées pour fabriquer des condensateurs et des hétérojonctions divers ^9,10,11. La "coupe" opération a également été appliquée pour générer submicroniques-modèles, tels que 100 - et 500-nm à l'échelle lignes PPy ainsi que de 100 nm à l'échelle fils Au. Le "dessin" opération a été utilisée pour deux applications: (i) produire des modèles Au flanc de polyéthylène haute densité (PEHD) canaux qui pourraient être utilisés pour la construction 3D de microsystèmes ^12,13,14, et (ii) fabriquer des polydiméthylsiloxanes (PDMS) micropiliers sur des substrats en PEHD pour augmenter l'angle de contact du canal ^15.

Protocole

Schémas A. de la MPL

La méthode comprend macropunching "coupe" et "dessin" des opérations. La "coupe" le fonctionnement adopte des moules de structures convexes acérées et comprend trois étapes de base (Fig. 1 (A1-A3)). Première, placer une feuille de métal sur un substrat semi-rigide (fig. 1 (a1)). Deuxièmement, mettre un moule en Si et le substrat en contact physique par une force élevée. Au cours de cette seconde étape, la partie du métal directement au-dessous des structures de moule convexe est d'abord coupé à partir du métal voisine par les structures de moule convexe, puis poussé vers le bas des prof....

Discussion

Informations de dépannage: Les points critiques en matière de production de micropatterns simples et multi-couches de polymères conducteurs et des métaux en utilisant la "coupe" l'exploitation: (1) Température de gaufrage assure la fluidité de la couche intermédiaire PMMA qui génère des résultats optimaux. Il est conseillé de commencer à la limite inférieure de la gamme et d'augmenter la température progressivement si les résultats souhaités ne sont pas atteints. Trop haute température.......

Matériaux

Liste des matériaux utilisés dans cet article

Nom	Entreprise	Numéro de catalogue	Commentaires
Nom du réactif	Entreprise	Numéro de catalogue	Commentaires
PMMA	Sigma-Aldrich Co.	495C9	Le solvant est cholorobenzene. Manipuler solution de PMMA sous une hotte avec une ventilation adéquate. Ne pas respirer les vapeurs. Reportez-vous à la fiche signalétique pour obtenir des instructions de manipulation sécuritaires.
PPy	Sigma-Aldrich Co.	-	5% en poids dans l'eau. Utilisé comme reçu.
PEDOT-PSS	HC Starck Co.	Baytron P V4 HC	Propriétaire solvant. Utilisé comme reçu.
Späni	Sigma-Aldrich Co.	-	Sous forme soluble dans l'eau. Utilisé comme reçu.
Machine à embossage à chaud	JenoptikMikrotechnik Co.	HEX 01/LT
Sputter machine à	Cressington Co.	208HR
Machine à FIB	Zeiss Co.	FIB 1540 XB Crossbeam
Tournette	Headway Reseach Co.	Système Spinner PWM32-PS-R790
Machine à RIE	Technics MicroRIE Co.	-
Outillage à	Shipley Co.	S1813
PDMS	Dow Corning	Sylgard 184 kit élastomère de silicone
Feuille de HDPE	Etats-Unis en plastique Incorporer	-
Plaques PMMA	Cyro Co.	-
Double face adhesivbande e	Scotch Co.	-
Simple-face	Delphon Co.	Ultratape # 1310
Micropipettes de verre	FHC Co.	30-30-1
Couper	Office Depot Co.	Pince à dessin
Humidificateur	Vicks Co.	Filtre humidificateur libre