Micropunching ליתוגרפיה לייצור מיקרו submicron דפוסי פולימר על מצעים

המטרה הכוללת של עבודה זו היא ליצור דפוסי מיקרו ותת-מיקרון על הדופן העליונה והמשטחים התחתונים של מצע פולימרי ליישומים שונים. זה מושג על ידי ציפוי ראשון של שכבות ביניים ופולימר מטרה על משטח קשיח. לאחר מכן, מבני תבנית חדים ועגולים מיוצרים ומשמשים להבלטת המצע מעל טמפרטורת מעבר הזכוכית של פולימר הביניים, שהוא מתחת לטמפרטורת ההיתוך של פולימר המטרה.

לאחר שהמצע מתקרר, מסירים את התבנית ומתגלים דפוסי מיקרו ותת-מיקרון על משטחי מצעי הפולימר. היישומים הביו-רפואיים של ליתוגרפיה מיקרו ניקוב הם הראשונים. המיקרוביום PPY שנוצר בפעולת החיתוך משמש לחישת גלוקוז.

שנית, תעלות ה-HDP שנוצרו בציור עשויות לשמש כתעלות מיקרופלואידיות בתוך התקני שבב מעבדה להפחתת חיכוך זרימת הנוזל. בהליך זה, מצע סיליקון, המצופה בפולימר ביניים וחומר להדפסה, מחומם מעל טמפרטורת מעבר הזכוכית של פולימר הביניים ומתחת לטמפרטורת ההיתוך או המעבר של החומר הממוקד. לאחר מכן, התבנית והמצע מובאים למגע פיזי בלחץ גבוה, ואחריו קירור לאחר מכן.

לבסוף, הם מופרדים כאשר הטמפרטורות שלהם יורדות מתחת לטמפרטורת המעבר של פולימר הביניים, ובכך משלימים את העברת התבנית מהתבנית לשכבה הממוקדת. לצורך הליך זה, יש להכין תבניות סיליקון מפוברקות במידות הנדרשות באמצעות ליתוגרפיה UV קונבנציונלית. הכן את שכבת הביניים על ידי בחירת יריעת PMMA שאינה מוליכה והנח אותה על מצע שטוח קשיח.

פולימר מוליך יחיד יכול כעת להיות מצופה ספין קונבנציונלי על גבי פולימר הביניים. בנוסף לספינקו, חומרים פולימריים מוליכים מרובים מכסים את האזור סביב שכבת הפולימר המוליך הראשונה עם סרט דבק. על ידי ציפוי הדבקה וסיבוב ניתן לצפות שכבות מרובות במיקומים הרצויים על המצע.

לאחר מכן, הבלטו את המצע באמצעות מכונת הבלטה חמה למשך מספר דקות והעבירו את המצע בין 80 ל -95 מעלות צלזיוס ב -1.5 מילימטרים לדקה. בהליך זה, השכבה העליונה מוחלפת בשילוב של שניים ושלושה פולימרים או שכבות מתכת בהתאמה, ליצירת מיקרו-מבנים רב שכבתיים. נבדקים ייצור של צמתים הטרוסקסואליים, דיודות וקבלים.

על מנת ליצור שכבת סיבוב ראשונה של צומת pdot pdot דו-שכבתי, שכבת pdot בעובי 10 מיקרומטר על יריעת ה-PMMA. לאחר מכן, אופים את המצע בחום של 80 מעלות צלזיוס למשך שעה. עוקבים אחר האפייה עם ציפוי ספין של סרט PPY בעובי מיקרומטר אחד כדי להשיג על שכבת ה-pdot ואופים את המצע במשך חמש דקות.

כדי ליצור דיודות pdot אלומיניום דו-שכבתיות, יש לסובב שכבת pdot בעובי 10 מיקרומטר על יריעת ה-PMMA ולאפות את המצע במשך שעה. לאחר מכן השתמש באידוי תרמי כדי לצפות סרט אלומיניום בעובי 200 ננומטר על שכבת ה-pdot. יש למקם את המצע עם הפנים כלפי מטה, ולהגדיר את לחץ התא לחמישה מיקרו סיור במאייד, מתח גבוה מאדה כדורי אלומיניום.

עקוב אחר צג עובי הקוורץ עד שמגיעים ל -200 ננומטר. לאחר מכן חתוך את המתח לאפס ואוורר את החדר לפני הסרת הדגימה. כדי ליצור קבלי pdot תלת-שכבתיים, PMMA pdot.

Spinco, שכבת pdot בעובי 10 מיקרומטר על יריעת PMMA ומכינים את המצע למשך שעה. לאחר מכן ספינקו ב-1000 סל"ד מספר פעמים כדי לקבל סרט PMMA בעובי של 15 עד 20 מיקרומטר על שכבת ה-pdot ולאפות את המצע במשך 30 דקות. לאחר אפיית שכבת ה-PMMA על ספין, מצפים שכבת pdot בעובי של שניים עד שלושה מיקרומטר על סרט ה-PMMA ואופים את המצע במשך חמש דקות עבור כל המיקרו-מבנים, מבליטים את המצע באמצעות מכונת ההבלטה החמה למשך מספר דקות ולאחר מכן מפרקים את המיקרו-מבנים ב-80 עד 95 מעלות צלזיוס ב-1.5 מילימטרים לדקה.

פעולת השרטוט דומה לחיתוך, אולם היא משתמשת בתבנית קשיחה עם קצוות עגולים ותבנית A-P-D-M-S. זה גם דורש כוח הכנסה קטן יותר, מהירות הכנסה נמוכה יותר וטמפרטורת הדפסה גבוהה יותר. התחל לייצר עמודי מיקרו PDMS על ידי ציפוי ספין שכבה בעובי מיקרומטר של S 1813 על תבנית SU 8.

תבנית SU 8 נוצרת באמצעות ליתוגרפיה UV קונבנציונלית. לאחר מכן, יש לסובב את ה-PDMS על תבנית SU 8 המצופה S 1813 ב-1000 סל"ד ולאפות את הדגימה ב-85 מעלות צלזיוס במשך שלוש שעות על פלטה חמה. לאחר ריפוי שכבת ה-PDMS, שטפו את הדגימה באצטון כדי להמיס את ה-S 1813 ולשחרר את סרט ה-PDMS הדק מתבנית SU 8.

לפיכך, השלמת סרט ה-PDMS שנוצר במיקרו-עמוד, הניחו כעת את סרט ה-PDMS שנוצר על יריעת HDPE בעובי 1.5 מילימטר להדפסה. מניחים תבנית אלומיניום עם קצוות מעוגלים על סרט ה-PDMS ויריעת ה-HDPE ואופים אותה בלחץ במשך שעה. לאחר מכן התבנית תדחוף את סרט ה-PDMS כלפי מטה על יריעת ה-HDPE הרכה.

לאחר קירור הדגימה לטמפרטורת החדר, הסר את התבנית כדי לסיים את הכנת התעלה על יריעת ה-HDPE. במהלך התהליך, חלק מסרט PDMS שנוצר על ידי עמוד מיקרו זה מועבר לתחתית ולשתי דפנות התעלה. באמצעות פעולת חיתוך MPL נוצרו מיקרו-מבנים חד-שכבתיים ב-PPY, PDOT ו-SPANI.

SEM שימש לניתוח דפוס קו ישר ברוחב 300 מיקרומטר ודפוס מיקרו-חוט סרפנטין ברוחב 50 מיקרומטר כדי לבדוק את הרגישות ללחות. מיקרו-חוט PPY וסרט PPY של סנטימטר מרובע אחד נחשפו שניהם לרמות לחות יחסית, שנעו בין 45% ל-85% הרגישות שלהם נמדדה כשינוי בהתנגדות והושווה. SEM שימש לבחינת מספר מיקרו-מבנים רב-שכבתיים, כולל PPY pdot בצורת קו מיקרו ברוחב 300 מיקרומטר, דיודת pdot אלומיניום בצומת הטרו וקבל PDOT PMMA pdot באמצעות תחנת בדיקה של קית'לי.

עם שכבת ה-pdot מוארקת ופוטנציאל הטיה של שלילי 20 וולט עד 20 וולט מופעל על שכבת ה-PPY. מתחי הפריצה קדימה ואחורה של צומת ההטרו PPY PDOT היו חמישה וולט ושמונה וולט שליליים בהתאמה. צומת הטרו pdot אלומיניום נוצר על ידי הארקת שכבת האלומיניום והפעלת פוטנציאל הטיה של שלילי חמישה וולט עד חמישה וולט על שכבת ה- pdot הנמדדת בטמפרטורת החדר.

מתחי הפריצה קדימה ואחורה היו שלושה ושליליים 2.5 וולט בהתאמה. קבל PDOT PMMA PDOT יוצר עם תחנת הבדיקה KEITHLEY וקורות החיים של הקבל נמדדו בטמפרטורת החדר. הקיבול הנמדד של הקבל בהטיה בתדר נמוך היה כ-0.06 פיקופאראד.

בעוד שהכמות המחושבת תיאורטית הייתה 1.38, עמודי מיקרו PDMS פיקופאראד נדחסו ליריעות A-H-D-P-E ליצירת דפנות תעלה. זווית המגע הממוצעת של טיפת המים בתעלות HDPE הייתה 145.5 מעלות. עמודי המיקרו PDMS משמשים להפחתת חיכוך הגרר של ערוצי HDPE.

טיפה העוברת על ערוץ HDPE מצופה סרט A-P-D-M-S נעה לאט יותר מאשר טיפה העוברת על פני ערוץ HDPE מקודד A-P-D-M-S. זאת בשל האופי הסופר הידרופובי של הערוץ כפי שמוצג על ידי עמודי המיקרו PDM. בעת ביצוע הליכים אלה, אל תשכח שעבודה עם התנגדות לצילום, הולכת פולימרים ותרכובות אורגניות נדיפות עלולה להיות מסוכנת, נקוט תמיד באמצעי זהירות, כגון שימוש בציוד מגן אישי ועבודה באזור מאוורר היטב.