마이크로 및 Submicron 패턴 폴리머 기판을 생성하기위한 리소그래피를 Micropunching

이 작업의 전반적인 목표는 다양한 응용 분야를 위해 폴리머 기판의 상단 측벽 및 하단 표면에 마이크로 및 서브 미크론 패턴을 생성하는 것입니다. 이것은 먼저 단단한 표면에 중간 및 대상 고분자 층을 코팅함으로써 달성됩니다. 다음으로, 날카롭고 둥근 모서리의 금형 구조를 제작하여 대상 폴리머의 용융 온도보다 낮은 중간 폴리머의 유리 전이 온도 이상으로 기판을 엠보싱하는 데 사용합니다.

기판이 냉각된 후 금형이 제거되고 고분자 기판의 표면에 마이크로 및 서브미크론 패턴이 드러납니다. 마이크로 펀칭 리소그래피의 생물 의학 응용이 첫 번째입니다. 절단 작업으로 생성된 PPY 마이크로바이옴은 포도당 감지에 사용됩니다.

둘째, 드로잉으로 생성된 HDP 채널은 유체 흐름 마찰을 줄이기 위해 labon 칩 장치 내부의 미세유체 채널로 사용될 수 있습니다. 이 절차에서, 중간 폴리머와 프린팅할 재료로 코팅된 실리콘 기판은 중간 폴리머의 유리 전이 온도 이상으로 가열되고 대상 재료의 용융 또는 전이 온도 이하로 가열됩니다. 다음으로, 금형과 기판을 고압에서 물리적 접촉으로 가져온 다음 후속 냉각을 수행합니다.

마지막으로, 온도가 중간 폴리머의 전이 온도 이하로 떨어지면 분리되어 금형에서 대상 층으로의 패턴 전달이 완료됩니다. 이 절차를 위해 필요한 치수의 제작된 실리콘 몰드는 기존의 UV 리소그래피를 사용하여 준비해야 합니다. 비전도성 PMMA 시트를 선택하여 중간층을 준비하고 단단하고 평평한 기판 위에 놓습니다.

단일 전도성 폴리머는 이제 중간 폴리머 위에 일반적으로 스핀 코팅될 수 있습니다. 또한 spinco에 다중 전도성 폴리머 재료는 첫 번째 전도성 폴리머 층 주변 영역을 접착 테이프로 덮습니다. 테이핑 및 스핀 코팅을 통해 기판의 원하는 위치에 여러 층을 코팅할 수 있습니다.

다음으로, 뜨거운 엠보싱 기계를 사용하여 기판을 몇 분 동안 엠보싱하고 분당 80mm로 섭씨 95도에서 1.5도 사이에서 기판을 탈형합니다. 이 절차에서 최상층은 각각 2개 및 3개의 폴리머 또는 금속층의 조합으로 대체되어 다층 미세구조를 생성합니다. 헤테로 접합(hetero junctions), 다이오드(diodes) 및 커패시터(capacitors)의 제조가 검토됩니다.

2 층 PPY pdot hetero 접합 첫 번째 스핀 코트를 생성하기 위해 PMMA 시트 위에 10 마이크로 미터 두께의 pdot 층을 생성하십시오. 다음으로 기판을 섭씨 80도에서 1시간 동안 굽습니다. 1 마이크로 미터 두께의 PPY 필름을 스핀 코팅하여 베이킹을 수행하여 pdot 층을 얻고 기판을 5 분 동안 굽습니다.

2층 알루미늄 pdot 다이오드를 생성하기 위해 PMMA 시트에 10마이크로미터 두께의 pdot 층을 스핀 코팅하고 기판을 한 시간 동안 굽습니다. 그런 다음 열 증발을 사용하여 pdot 층에 200나노미터 두께의 알루미늄 필름을 코팅합니다. 기판은 앞면이 아래로 향하게 배치해야 하며 챔버 압력은 증발기에서 5마이크로 투어로 설정해야 하며 고전압은 알루미늄 펠릿을 증발시킵니다.

200나노미터에 도달할 때까지 석영 두께 모니터를 모니터링합니다. 그런 다음 샘플을 제거하기 전에 전압을 0으로 줄이고 챔버를 환기시킵니다. 3층 pdot, PMMA pdot 커패시터를 생성합니다.

Spinco, PMMA 시트에 10 마이크로 미터 두께의 pdot 층을 만들고 한 시간 동안 기판을 만듭니다. 다음으로 1000RPM으로 spinco를 여러 번 사용하여 pdot 층에 15-20마이크로미터 두께의 PMMA 필름을 얻고 기판을 30분 동안 굽습니다. PMMA 층을 베이크한 후 PMMA 필름에 2-3마이크로미터 두께의 pdot 층을 스핀 코팅하고 모든 미세 구조에 대해 기판을 5분 동안 굽고 핫 엠보싱 기계를 사용하여 기판을 몇 분 동안 엠보싱한 후 섭씨 80-95도에서 분당 1.5mm로 미세 구조를 탈형합니다.

드로잉 작업은 절단과 유사하지만 모서리가 둥근 단단한 금형과 A-P-D-M-S 금형을 사용합니다. 또한 더 작은 삽입력, 더 낮은 삽입 속도 및 더 높은 인쇄 온도가 필요합니다. SU 8 금형에서 마이크로미터 두께의 S 1813 층을 스핀 코팅하여 PDMS 마이크로 필러를 만들기 시작합니다.

SU eight 금형은 기존의 UV 리소그래피를 사용하여 생성됩니다. 그런 다음 1000RPM으로 S 1813 코팅된 SU 8 금형에 PDMS를 스핀 코팅하고 핫 플레이트에서 섭씨 85도에서 3시간 동안 샘플을 베이킹합니다. PDMS 층이 경화된 후 샘플을 아세톤으로 세척하여 S 1813을 용해시키고 SU 8 금형에서 얇은 PDMS 필름을 분리합니다.

따라서 마이크로 필러 형성 PDMS 필름을 완성하고 이제 마이크로 필러 형성 PDMS 필름을 1.5mm 두께의 HDPE 시트에 배치하여 인쇄합니다. PDMS 필름과 HDPE 시트 위에 모서리가 둥근 알루미늄 몰드를 놓고 한 시간 동안 압력을 가해 굽습니다. 그런 다음 금형은 PDMS 필름을 부드러운 HDPE 시트 위로 밀어 넣습니다.

샘플을 실온으로 냉각시킨 후 금형을 제거하여 HDPE 시트에 채널 만들기를 마칩니다. 이 과정에서 이 마이크로 기둥에 형성된 PDMS 필름의 일부가 채널의 바닥과 두 측벽으로 전달됩니다. MPL 절단 작업을 사용하여 PPY, PDOT 및 SPANI의 단층 미세 구조를 만들었습니다.

SEM은 습도에 대한 민감도를 테스트하기 위해 300마이크로미터 너비의 직선 패턴과 50마이크로미터 너비의 구불구불한 마이크로와이어 패턴을 분석하는 데 사용되었습니다. PPY MICROWIRE와 1 평방 센티미터 PPY 필름은 모두 45%에서 85% 범위의 상대 습도 수준에 노출되었습니다.이들의 민감도는 저항의 변화로 측정되고 비교되었습니다. SEM은 keithley 프로브 스테이션을 사용하여 300마이크로미터 너비의 마이크로 라인 모양의 PPY pdot, 이종 접합 알루미늄 pdot 다이오드 및 PDOT PMMA pdot 커패시터를 포함한 여러 다층 미세 구조를 검사하는 데 사용되었습니다.

pdot 레이어가 접지되고 음의 20볼트에서 20볼트의 바이어스 전위가 PPY 레이어에 적용됩니다. PPY PDOT 헤테로 접합의 순방향 및 역방향 항복 전압은 각각 5V와 음의 8V였습니다. 알루미늄 pdot 이종 접합은 알루미늄 층을 접지하고 실온에서 측정된 pdot 층에 음의 5볼트에서 5볼트의 바이어스 전위를 적용하여 만들었습니다.

순방향 및 역방향 항복 전압은 각각 3V와 음의 2.5V였습니다. pdot PMMA PDOT 커패시터는 KEITHLEY 프로브 스테이션으로 제작되었으며 커패시터의 CV는 실온에서 측정되었습니다. 저주파 바이어스에서 커패시터의 측정 된 커패시턴스는 약 0.06 피코파라드였습니다.

이론적으로 계산된 수량은 1.38이었지만, 피코패라드 PDMS 마이크로 필러를 A-H-D-P-E 시트에 압착하여 채널 측벽을 형성했습니다. HDPE 채널에서 물방울의 평균 접촉각은 145.5도였습니다. PDMS 마이크로 필러는 HDPE 채널의 드래그 마찰을 줄이는 데 사용됩니다.

A-P-D-M-S 필름 코팅 HDPE 채널 위를 달리는 방울은 A-P-D-M-S 마이크로 기둥으로 코딩된 HDPE 채널을 가로지르는 방울보다 더 느리게 움직입니다. 이는 PDM 마이크로 필러에 의해 렌더링되는 채널의 매우 소수성 특성 때문입니다. 이러한 절차를 수행할 때 포토 레지스트, 전도성 폴리머 및 휘발성 유기 화합물로 작업하는 것이 위험할 수 있음을 잊지 말고 항상 개인 보호 장비를 사용하고 환기가 잘 되는 곳에서 작업하는 등의 예방 조치를 취하십시오.