micropunchingリソグラフィのアプローチは、上、側壁およびポリマー基板の底面にマイクロおよびサブミクロンのパターンを生成するために開発されています。それはパターニングが導電性ポリマー及び側壁パターンを生成する障害を克服しています。このメソッドは、複数の機能の迅速な製造を可能にし、積極的な化学の自由です。
Method Article
micropunchingリソグラフィのアプローチは、上、側壁およびポリマー基板の底面にマイクロおよびサブミクロンのパターンを生成するために開発されています。それはパターニングが導電性ポリマー及び側壁パターンを生成する障害を克服しています。このメソッドは、複数の機能の迅速な製造を可能にし、積極的な化学の自由です。
導電性ポリマーは、1977年1ドープしたポリアセチレンの高伝導の発見以来、大きな注目を集めている。彼らは、低体重、プロパティの簡単な仕立てとアプリケーションの2,3の広いスペクトルの利点を提供します。これらの材料は4で作業するときの環境条件(例えば、空気、酸素、湿気、高温、化学溶液)に導電性ポリマーの感度のために、リソグラフィ技術が重要な技術的課題を提示します。例えば、紫外(UV)などの現在のフォトリソグラフィー法は、これらの方法で湿潤および/またはドライエッチングプロセスの関与によるパターニング導電性ポリマーには適さない。さらに、現在のマイクロ/ナノシステムは、主に平面形5,6を持っています 。構造体の一つの層を作製機能の別の層の上面上に構築されています。これらの構造の複数の層が上の多数のデバイスを形成するために一緒に積層されている共通の基板。微細構造の側壁面は、デバイスを構築するために使用されていない。一方、側壁パターンを変更し、流体チャネルとナノワイヤーとナノチューブの直接の水平方向の成長を3-D回路を構築するために、例えば、使用することができる。
macropunchingメソッドは、百年以上にわたり、シートメタルのmacropatternsを作成するために製造業に適用されている。このアプローチによって動機づけられて、我々は導電性ポリマー及び側壁パターンを生成するパターニングの障害を克服するmicropunchingリソグラフィ法(MPL)を開発しました。と、(ii)図面(i)のカット:macropunchingメソッドと同様に、MPLは、2つの操作( 図1)が含まれています 。 "切断"の操作は、パターン3の導電性ポリマー4、ポリピロール(PPy)、ポリ(3,4 - ethylenedioxythiophen) -ポリ(4 - styrenesulphonate)(PEDOT)、ポリアニリン(PANI)に適用した。また、Alの微細構造7を作成するために採用されました。導電性高分子の作製微細構造は、湿度8、化学8、グルコースセンサー9として使用されている。 Alおよび導電性ポリマーの複合微細構造は、コンデンサと様々なヘテロ9,10,11を製造するために用いられてきた。と500 nmの幅のPPyを行と同様に100 nmの広いAuワイヤ - "切断"の操作は、100などのサブミクロンパターンを生成するために適用された。 "描画"操作は2つのアプリケーションのために採用されました:(i)の3次元マイクロ12,13,14を構築するために使用することができる高密度ポリエチレン(HDPE)のチャンネルでのAu側壁パターンを生成し、(ii)ポリジメチルシロキサン(PDMS)マイクロピラーを作製HDPE基板上にチャネル15の接触角を向上させます。
MPLのA.回路図
macropunching方法は、 "切断"と "描画"の操作が含まれています。 "切断"操作は、鋭利な凸構造の金型を採用し、3つの基本的な手順を実行します( 図1(A1-A3))が含まれています。まず、リジッド基板( 図1(A1))にシートメタルを配置します。第二に、高い力によって物理的な接触へのSiモールドと基板をもたらす。この第二段階の間に、直接凸型構造の下に金属の部分は、最初の凸型構造によって、隣接する金属から切断され、その後、基板の凹部のパターンの底部( 図1(A2)にプッシュダウン。)最後に、シートメタルのパターニング(図1(A3))を完了し、モールドと基板を分離します。 "描画"操作は同様の製造プロセスを使用しています。しかし、ラウンドエッジの凸構造( 図1(B1))の金型を採用しています。また、応用挿入力とスピードが "切断"の操作での対応よりもはるかに小さいと低くなっています。これらの違いは、凸状の構造を下にシートメタルの一部に存在する応力を下げます。その結果、シートメタルのこの部分だけ押し下げますが、 "描画"の操作( 図1(B2-B3))で切断されていません。
MPL( 図1(C1〜C3))、(i)の"切断"の操作で中間ポリマーの層と印刷される材料の層で被覆されたSi基板(ガラス転移温度以上に加熱されているT G:軟化温度)中間ポリマーと以下のT m(融解温度)またはターゲット材料のT g(図1(C1))の、(ⅱ)モールドと基板を高圧力で物理的に接触させる、その後の冷却( 図1(C2))続いて、その温度以下である場合(ⅲ)それらが分離されている金型からターゲット層(図1(C3))へのパターン転写が完了し、中間ポリマーのT gであった 。 MPLの"描画"操作(図1(D1-D3))は似て製造工程がある"切断"をそれにもかかわらず、 "描画"ソフトPDMSモールドを使用しています。それはまた、小さな挿入力、低い挿入速度、高い印刷温度(中間ポリマーの粘度を低下させ、したがって、その機動性を増加させる)が含まれます。したがって、基板曲線の頂面の特徴は、最大表面張力および中間ポリマーの高移動度に起因する。シリコンモールドを洗浄し、連続したエンボス加工の手順で再使用することができます。金型は、アセトン及び純水で洗浄されるかもしれません。と、各使用の前にN 2で完全に乾燥させた。残基が鋳型のmicrofeaturesに残っている場合、それはNanostripソリューションとDI水で洗浄されるかもしれません。とN 2を乾燥させた。
B.銅金属を生成し、高分子マイクロパターンを実施するためのMPLで操作をtting

C.金属のサブミクロンPpatternsを生成するためのMPLの操作をカットし、導電性高分子
図1に示す手順に基づいています。 1(C1〜C3)は 、サブミクロン機能を備えたシリコン型は、金属や導電性ポリマーの所望のパターンを生成するために使用されています。製造は以下に詳述されています。
D.は、ポリマーとSi基板の側壁にマイクロパターンを生成するためのMPLの動作を描画します。
図の手順に従って。 1(D1-D3)、 "描画"処理です。HDPEマイクロチャネルの側壁にAuとPDMS微細パターンを生成するために使用される。 HDPE基板上の対応する材料はプリント中に中間層ポリマーの表面プロファイルを以下のAu又はPDMSである。製造は以下に詳述されています。
E.代表的な結果
要約では、MPLの結果は以下のとおりです。

図1はシートメタルの凸macropatternsの作成 で"切断"プロセス(クロスセクションの回路図):(a1)は基板にモールドを挿入(a2)と、基板の上にシートメタルを配置し、(A3)モールドと基板を分離します。凹面macropatternsの製造の "図形描画"プロセス:(b1)と、基板上の場所の金属板は、(b2)は基板に金型を挿入し、(B3)モールドと基板を分離します。凸構造の製作にMPL法(断面回路図)の "カット"操作:(c1)の熱基板、(c2)の基板に金型を挿入し、(C3)モールドと基板を分離します。凹面構造の製造でMPLのアプローチの "描画"操作(d1)と熱基板、(D2)は基板に金型を挿入し、(D3)モールドと基板を分離します。

図2 Siの金型の設計図(上面図):(A1)直線、(a2)の正方形のドット、(a3)のトラス構造、および(A4)蛇行線。(b)は熱エンボス加工マシン。生成されたアル構造のSEM像:(c1)を10μmの幅の線、(C2)20×20μmの2ドット、及び(C3)トラス構造。 (D1)は、複数の構造から成る微細構造の模式図、(d2)は300μmのワイドストレート、(D3)PPyを、PEDOT、及びスパーニ50μmの幅の蛇行MICROWIREパターンはMPLの "切断"操作を使用して、同時に作製した。 (e)の湿度は実験のセットアップを検出し、および(f)湿度はポリピロール膜およびMICROWIREセンサ4、7、8と結果を感知する。 拡大図を表示するには、ここをクリックしてください 。

図3のレイアウト:(A1)2と(A2)の三層デバイスと、(b)のSiモールドのレイアウト(上面図)は、多層デバイスを作製するために使用するには、300μmの(c)のSEM像ワイド、マイクロライン状のPPY-PEDOTヘテロ接合、およびclOSEアップの断面のビューSEM:(d)にポリピロール、PEDOT接合と、(e)のAl-PEDOTダイオードと、(f)はPEDOT-PMMA-PEDOTキャパシタと、ヘテロ接合の特性評価の結果:(G1)ポリピロール/ PEDOT、(g2の)のAl / PEDOT、および(G3)PEDOT / PMMA / PEDOT 9,11。

図4(a)エンボス加工500 nmの広いPPyをワイヤーのAFMスキャン;。(b)のエンボス加工100 nmの広いPPyを行、および(c)100 nmの幅のAuワイヤのSEM画像を大きく表示するには、ここをクリック図 。

図5 Auのパターンを持つHDPE基板の作製:(AB)は、所望の機能のマスクを使用して、S1813層を露出させ、発展させる(CD)預金AuおよびS1813層を除去し、(EF)はSiの強化を使用して基板をインプリンティングPDMSモールド、および(g)の後デモール鼎は、Auの特徴12から成る側壁パターンを有する基板。

図6マイクロピラーを持つPDMS膜の作製:(1)SU-8鋳型を作製し、(b)スピンコートし、PDMS層を硬化し、(c)SU-8鋳型からPDMS層を除去し、(D)。アルミ金型を用いて基板を刷り込み、離型後(EF)、PDMSのマイクロピラーから成る側壁パターンを持つ基板は、15を得られます。

図7のAu量子ドットの(a)のレイアウト。のSEM像。(b)は10×10μmの2ドット、および(c)110μmのワイドライン。 (d)の断面図:上部、下部および側壁surfaces1-mm幅HDPEのチャネル上で生成されたPDMSマイクロピラー、HDPEで生成されたチャネルの寸法は、×300μmの×42μmの(長さ×幅×奥行)1 cmでのチャネル、チャネルの(f)の下の角;(e)の上部のSEM像と(GH)PDMSの柱12,15の角度の測定結果をご連絡ください。 PDMSの柱は、ディメンションを持つ10ミクロン×10ミクロン×27ミクロン。 HDPEのチャネル寸法は20ミリメートル×1ミリメートル×1ミリメートル(長さ×幅×高さ)です。
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トラブルシューティング情報: "切断"操作を使用して、ポリマーおよび金属導電性の単一および複数層微細パターンの生成に関する重要な点:(1)エンボス加工の温度が最適な結果を生成する中間PMMA層の流動性を確保します。それは範囲の下限から開始し、望ましい結果が達成されていない場合、徐々に温度を上昇させることをお勧めします。高すぎる温度は、その化学的及び/又は電気的特性を変更するには、導電性高分子層を引き起こす可能性があります。刷り込み力が高すぎる場合(2)、それは、Siモールドエンボス加工時にクラックが発生することがあり、低力に対し、充填不適切な型になることがあり、ポリマー層は、カットオフされない場合があります。 (3)エンボスマシンは、基板が設定温度値を達成した後にのみ、インプリンティングを開始するようにプログラムする必要があります。 (4)インプリントのプロファイルには、力、温度、金型INSEを刷り込み、フィーチャサイズに依存RTの時間であり、より丸みを帯びたものにシャープなエッジと1の間で異なる場合があります。ポリマー層数の増加に伴い、このプロファイルでは、エッジに丸みを帯びされ...
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利害の衝突が宣言されません。
この作品は、NSFDMI-0508454、NSF / LEQSF(2006年) - プント-53、NSF-CMMI-0811888、およびNSF-CMMI-0900595助成金を介して部分的にサポートされていました。
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| Name | Company | Catalog Number | Comments |
|---|---|---|---|
| 試薬の名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
| PMMA | シグマアルドリッチ(株) | 495C9 | 溶媒はcholorobenzeneです。十分な換気と換気フードの下にPMMAのソリューションを処理します。蒸気を吸入してはならない。安全な取り扱い方法については、MSDSを参照してください。 |
| ポリピロール | シグマアルドリッチ(株) | - | 水で5重量%。受信として使用されます。 |
| PEDOT-PSS | HCスタルク社 | バイトロンP HC V4 | 溶剤、独自の。受信として使用されます。 |
| SPANI | シグマアルドリッチ(株) | - | 水溶性フォーム。受信として使用されます。 |
| ホットエンボス加工機 | JenoptikMikrotechnik株式会社 | HEX 01/LT | |
| マシンをスパッタ | Cressington株式会社 | 208HR | |
| FIB機 | ツァイス(株) | FIB Crossbeamは1540 XB | |
| スピンコーター | 前進Reseach(株) | PWM32-PS-R790スピナーシステム | |
| RIEマシン | テクニクスMicroRIE株式会社 | - | |
| フォトレジスト | シプリー(株) | S1813 | |
| PDMS | ダウコーニング | Sylgard 184シリコーン·エラストマーキット | |
| HDPEシート | 米国プラスチック組み込む | - | |
| PMMAシート | Cyroの(株) | - | |
| 両面adhesiv電子テープ | スコッチ(株) | - | |
| 片面テープ | Delphon株式会社 | Ultratape#1310 | |
| ガラスマイクロピペット | FHC(株) | 30-30-1 | |
| クリップ | オフィス·デポ(株) | ブルドッグクリップ | |
| 加湿器 | クスメディケイテッド(株) | フィルターフリー加湿器 |
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