機能材料のNanomoulding、ナノインプリントへ多目的相補パターンレプリケーション方法

この手順の全体的な目的は、任意のマスター構造から機能材料にパターンを転写することです。このビデオでは、機能材料として酸化亜鉛を使用して、最初にマスター構造からネガティブモールドを作製することでパターン転写を実現する手順を示しています。第2ステップは、最初に金型にアンチススティック層を追加し、続いて酸化亜鉛を堆積させることにより酸化亜鉛レプリカを作成することであり、次に酸化亜鉛はUV硬化樹脂を使用して最終的なガラス基板に固定され、最終的にその金型から放出されます。

最終的には、この技術を使用して単一のマスターモールドから複数の機能レプリカを調製できますが、別の印刷は従来、UVまたは熱硬化性樹脂をパターン化する役割を果たします。ナノモールディングは、他の多くの機能材料、材料スタック、さらには完全なデバイスに一般化できる可能性を提供しますが、これは、金型材料が材料堆積プロセスに適合していることを条件としています。この手法のアイデアは、市販のナノプリンティング樹脂が絶縁性であるため、透明で導電性のナノインプリント電極を得る方法を見つけようとしたときに思いつきました。

私たちは別の方法を見つける必要があり、それがナノ成形を開発した理由です。一般に、個人は、陰イオン特性が慎重に調整されるべきであるため、この方法に苦労して知っていました。ここに示されているのは、3つのプレハブマスター構造です。

左は、干渉リソグラフィーで作られたライングレーティング付きのプラスチック箔です。中央には、陽極酸化とそれに続く酸化アルミニウム層のエッチングを使用して作られたテクスチャード加工されたアルミニウム板があります。そして右側は、化学蒸着によって成長したガラス上のテクスチャー加工された酸化亜鉛層です。

酸化亜鉛サンプルは、このデモンストレーションで抗aian層の準備に使用されます。まず、テクスチャー加工のマスターに、厚さ5〜10ナノメートルのクロムのスポッターコートをコーティングして、抗アイアン剤の接着を促進します。次に、スライドガラスに抗アイアン剤を少量滴下します。

スライドガラスをマスターと一緒に真空チャンバーに移し、ポンプダウンします。軽い真空は、抗アイアン剤が蒸発してマスターに堆積するのに十分です。次に、マスターを真空チャンバーから取り出し、摂氏80度のオーブンに1〜2時間入れて、アニールに抗アイアンコーティングします。

この手順の最も難しい側面は、自発的なこぼれを防ぐために抗アイアン層の特性を調整することですが、制御剥離が可能なままであることを保証します。これを達成するために、アンチエディション層の特性は経験的に調整されます。次に、ポリエチレンナフト、アレート、またはペンシートを超音波アセトン浴で2分間洗浄し、続いて超音波イソプロパノール浴で金型を準備します。

さらに2分間、シートをバスから取り出し、窒素で乾燥する前に新鮮なイソプロパノールでもう一度すすいでください。次に、ペンシートをスポッターカッターに置き、ペンシートに5〜10ナノメートルのクロムaian層を塗布します。次に、ペンシートをスピンローターに移し、1〜2ミリリットルのモサ、UV硬化性樹脂をペンシートスピンコートに5, 000 RPMで追加します。

均一なカバレッジを得るには、コーティングしたばかりのペンシートを摂氏80度のホットプレートで5分間事前に焼きます。溶剤を蒸発させるには、フィルムの均一性を向上させ、ペンシートへの樹脂添加を改善します。次に、ペンシートをナノインプリンターの内側に置き、UV硬化性樹脂を上に向け、マスターをホルダーアームに逆さまにします。

ナノインプリントセットアップのカバーを元に戻し、ポンプの電源を入れて真空チャンバーを排気します。ホルダーアームを引き戻して、マスターをUV硬化性樹脂に落とします。ペンシートで、下部チャンバーの真空を維持しながら上部コンパートメントを通気することにより、真空チャンバーを二等分する柔軟なシリコンメンブレンに圧力をかけます。

これにより、フレキシブルメンブレンがセットアップの底部に向かって押し出され、メンブレンへの圧力を維持しながらスタンピング圧力が提供されます。ペンシート面を通してUV硬化性樹脂をLED UV光に15〜20分間さらし、架橋反応を引き起こします。次に、真空チャンバーの下部をベントしてシリコン膜の圧力を解放し、サンプルを取り出します。

型を丁寧に握り、マスターストラクチャーからゆっくりと剥がします。次に、金型をオーブンに入れ、摂氏150度で3〜5時間焼くと、樹脂の熱安定性が向上します。最後に、前に示したように金型に陰イオン層を塗布した後、サンプルは酸化亜鉛の化学蒸着を開始するための酸化亜鉛堆積の準備が整います。

まず、準備したペン型をスライドガラスの上に置きます。金属フレームを金型の上に置いて、化学蒸着中に金型を曲げないようにします。次に、金型が加熱されている間、155°Cに保持された化学蒸着反応器のホットプレートに金型を置きます。

原子炉ポンプをマイナス3ミリバールまで10度未満まで閉じ、熱化を許容します。次に、水とエタル亜鉛の前駆体ガスと、10分間ドーピングするためにアルゴンで希釈した少量のジボランを認めます。0.4ミリバールのプロセス圧力で、厚さ2ミクロンの酸化亜鉛層を作成します。

堆積後、新たに堆積した層が過度に曲がらないように、金型を慎重に取り外します。これにより、自然に剥がれる可能性があります。層転写を開始するには、まずスピンコーティング用のスライドガラスをアセトンで洗浄し、次にイソプロパノールで洗浄して準備します。次に、スライドを窒素の流れで乾燥させます。

次にスピンコート、5, 000 RPMでスライドガラス上に1〜2ミリリットルのUV硬化性樹脂を塗布し、以前に金型製造中に示したナノインプリンタを使用して、堆積層を運ぶ金型を固定します。ただし、マスターの代わりにホルダーアームに金型をセットし、樹脂コーティングされたガラス基板上に降ろしてから、UV光で硬化させます。最後に、転写された酸化亜鉛層を運ぶスライドガラスから金型を手動で剥がして、転写を完了します。

ナノモールディングは、左の走査型電子顕微鏡の画像に示されている酸化亜鉛層のピラミッドテクスチャなどのナノスケールの特徴を再現しています。右の画像は、ナノ成形レプリカ原子間力顕微鏡またはFMを使用して、表面の高さを表すオレンジ色のさまざまな強度でここに示されている表面を画像化していることを示しています。この情報は、黒で示されている型と赤で示されているレプリカの高さと角度の差を測定するために使用されます。

酸化亜鉛層については、金型とレプリカの間にほとんどばらつきがなく、ナノ成形プロセスの高い忠実度を示しています。左に示す干渉リソグラフィーによって生成された回折格子の個々の線は、右に示すレプリカでもよく生成されます。このパターンに対応する強調角度ヒストグラムも、非常によく似た形状を示しています。

ただし、右下の赤で示されたレプリカでは、角度がわずかに低い方向にシフトしています。左ののは、アルミニウムの抗酸化によって得られたディンプルアレイのユニークな特徴と、右側の一致するレプリカです。このパターンを使用すると、特徴がわずかに平滑化されます。これは、右下のOne'sに示されている角度ヒストグラムでレプリカの角度がわずかに低くシフトしていることによって示されています。

アノム成形の達人は、適切に行えば数時間で行うことができます。このように、ナノモールディングは、太陽電池の分野の研究者が太陽電池の新しいナノフォトニック構造を探求する道を開きました。これらの手順に従うと、他の機能性材料の特許を取得することができ、幅広い用途への扉が開かれます。

化学薬品、ガス、紫外線、放射線源、真空装置の取り扱いは危険な場合があり、適切な個人用保護具などの予防措置を常に着用し、この手順を実行する前に機器の適切な設置を確認する必要があることを忘れないでください。