Summary
Uma abordagem litografia micropunching é desenvolvido para gerar micro e submicron-padrões na parte superior, lateral e superfícies inferiores de polímero substratos. Ela supera os obstáculos da padronização polímeros condutores e gerar padrões de paredes laterais. Este método permite a fabricação rápida de várias características e é livre de química agressiva.
Abstract
Os polímeros condutores têm atraído grande atenção desde a descoberta da alta condutividade em poliacetileno dopado em 1977 1. Eles oferecem as vantagens de baixo peso, costura fácil de propriedades e um amplo espectro de aplicações de 2,3. Devido à sensibilidade dos polímeros condutores às condições ambientais (por exemplo, ar, as soluções de oxigénio, humidade, temperatura elevada e química), técnicas litográficas apresentar desafios significativos técnicas quando se trabalha com estes 4 materiais. Por exemplo, os actuais métodos de fotolitografia, tais como ultra-violeta (UV), são inadequados para padronização dos polímeros condutores, devido ao envolvimento dos molhado e / ou seca processos de corrosão nesses métodos. Além disso, os actuais micro / nanosistemas principalmente têm uma forma plana 5,6. Uma camada de estruturas é construído sobre as superfícies de topo de uma outra camada de características fabricadas. As camadas múltiplas de estas estruturas são empilhados em conjunto para formar numerosos dispositivos emum substrato comum. As superfícies de parede lateral do microestruturas não têm sido usados em dispositivos de construção. Por outro lado, os padrões de parede lateral pode ser usado, por exemplo, para construir 3-D circuitos, modificar canais fluídicos e crescimento directo horizontal de nanofios e nanotubos.
Um método macropunching tem sido aplicado na indústria de fabrico para criar macropatterns em uma chapa de metal por mais de cem anos. Motivado por esta abordagem, temos desenvolvido um método de litografia micropunching (MPL) para superar os obstáculos da padronização polímeros condutores e gerar padrões de paredes laterais. Como o método macropunching, o MPL também inclui duas operações (Fig. 1): (i) de corte, e (ii) de desenho. A operação de "corte" foi aplicada ao padrão de três polímeros condutores 4, de polipirrol (PPy), poli (3,4-ethylenedioxythiophen)-poli (4-styrenesulphonate) (PEDOT) e polianilina (PANI). Ele também foi usado para criar microestruturas al 7. As microestruturas fabricadas de polímeros condutores têm sido utilizados como humidade 8, 8 química, e glucose sensores 9. Microestruturas combinados de Al e polímeros condutores têm sido empregadas para fabricar capacitores e heterojunções vários 9,10,11. A operação de "corte", também foi aplicado para gerar submicrométricas-padrões, como o 100 - e 500-nm de largura linhas PPy, bem como fios 100-nm de largura Au. O "desenho" operação foi empregue para duas aplicações: (i) produzir padrões Au de parede lateral em polietileno de alta densidade (HDPE) canais que podem ser utilizados para a construção de 3D microssistemas 12,13,14, e (ii) fabricar polidimetilsiloxano (PDMS) micropillars em substratos de HDPE para aumentar o ângulo de contacto do canal 15.
Protocol
A. Esquema do MPL
O método inclui macropunching "corte" e "desenhar" as operações. A operação de "corte" adota moldes de estruturas afiadas convexas e inclui três passos básicos (Fig. 1 (A1-A3)). Em primeiro lugar, coloca uma folha de metal sobre um substrato rígido (Fig. 1 (a1)). Em segundo lugar, trazer um molde de Si eo substrato em contacto físico por uma força elevada. Durante esta segunda etapa, a parte do metal directamente por baixo do molde estruturas convexas é primeiro cortada a partir do metal vizinho pelas estruturas do molde convexo, e então empurrado para baixo para a parte inferior dos padrões côncavas no substrato (Fig. 1 (a2) ). Finalmente, separar o molde eo substrato, completando a padronização da folha de metal (Fig. 1 (a3)). O "desenho" operação utiliza um processo de fabricação similar. No entanto, adota moldes de estruturas rodada gumes convexos (Fig. 1 (b1)). Além disso, oaplicada força de inserção e velocidade são muito menores e menor do que suas contrapartes na operação de "corte". Estas diferenças diminuir as tensões presente na parte da folha de metal sob estruturas convexas. Consequentemente, esta parte da chapa é só empurrou para baixo, mas não cortar no "desenho" A operação (Fig. 1 (b2-b3)).
Na operação de "corte" do MPL (Fig. 1 (C1-C3)), (i) um substrato de Si revestido com uma camada de um polímero intermediário e uma camada de um material a ser impresso são aquecidos acima da temperatura de transição vítrea ( T g: temperatura de amolecimento) do polímero intermediário e abaixo de T m (temperatura de fusão) ou T g do material alvo (Fig. 1 (C1)), (ii) o molde eo substrato são postos em contacto físico por alta pressão , seguido por arrefecimento subsequente (Fig. 1 (c2)), e (iii) que são separados quando a sua temperatura é inferiorT g do polímero intermediário, de completar a transferência padrão a partir do molde para a camada de alvo (Fig. 1 (c3)). O "desenho" da operação MPL (Fig. 1 (d1-d3)) tem etapas de fabricação semelhante ao "corte". No entanto, o "desenho" usa moldes de PDMS macios. Envolve também uma menor força de inserção, uma menor velocidade de inserção, e uma temperatura superior a impressão (o que reduz a viscosidade do polímero intermediário e, assim, aumenta a sua mobilidade). Por conseguinte, as características da superfície superior da curva de substrato para cima devido à tensão superficial e alta mobilidade do intermediário de polímero. O molde Si pode ser limpa e reutilizada para as etapas sucessivas de estampagem. O molde pode ser limpa com acetona e água DI; e secou-se cuidadosamente com N 2 antes de cada utilização. No caso de resíduos permanecem nas microestruturas do molde, pode ser limpo com solução Nanostrip e água DI; e secou-se com N2.
B. CuObtenção de Operação em MPL de Geração de metal e polímero condutor micropadrões
- De camada única microestruturas sobre um substrato: usando o procedimento ilustrado na Fig. 1 (C1-C3), uma camada de microestruturas é gerada sobre um substrato. Durante a fabricação, o substrato é revestido com uma camada de polímero intermediário, seguido por uma camada de revestimento de um material único (polímero condutor ou de metal) ou uma camada de vários materiais. Por conseguinte, depois de estampagem a quente, uma camada de microestruturas dos materiais simples ou múltiplas, é produzido sobre o substrato. A fabricação é detalhado abaixo.
- Fabricar moldes de Si das dimensões necessárias, através de litografia UV convencional (Fig. 2a). Os detalhes da fabricação do molde Si são relatados em 4. Fig. 2 (A1-A4) mostram os esquemas dos moldes de Si utilizados para os processos.
- Usar uma folha de material não condutor de PMMA de dimensões 500 mm x 170 mm x 170 milímetros como a camada intermédia, e colocá-la sobre um substrato, rígida plana.
- Para gerar microestruturas de um único material: spin-revestimento um polímero condutor (PPy, PEDOT ou Spani) na folha de PMMA ou Al depósito utilizando evaporação térmica a uma espessura de 100-500 nm.
- Para fabricar microestruturas dos vários materiais condutores de polímero: spin-revestimento PPy (a 2000 rpm), PEDOT (a 2500 rpm) e Spani (a 1500 rpm) em diferentes porções da folha de PMMA. Antes de girar o revestimento da primeira camada de polímero condutor em um ponto na folha de PMMA, cobrir as outras áreas, utilizando fitas adesivas. Para revestimento de outras camadas de polímeros condutores, os revestimentos anteriores e as áreas vazias devem ser coberta por uma fita adesiva. Este procedimento deve ser repetido para as camadas do revestimento múltiplas nos locais desejados sobre o substrato. O PPy revestidos, PEDOT e Spani são de 500 nm, 5 mM e 200 nm de espessura, respectivamente.
- Grava o substrato utilizando um machi hot-gofragemne (modelo: 01/LT Hex, Jenoptik Empresa Mikrotechnik) (Fig. 2b). O tempo de força de inserção, temperatura e do molde são 130-160 ° C, 1500-1800 N e 120-200 s, respectivamente. Realizar a desmoldagem 80-95 ° C com uma velocidade de 1,5 mm / min. Os resultados de uma única camada de microestruturas de um único material são mostrados na fig. 2 (C1-C3). Os resultados de uma única camada de microestruturas de vários materiais são dadas na fig. 2 (d2-d3).
- Aplicação de microfios PPy como um sensor de humidade
- Girar PPy revestimento a 1500 rpm para gerar uma película 1-iM de espessura de área de 1 x 1 cm 2 e ligar dois fios externos em extremidades opostas do filme usando Ag epóxi para as medições de condutividade.
- Girar revestimento a 1500 rpm para gerar um filme PPy de espessura 1 uM. Realize gravação com parâmetros na etapa 4 para gerar microfios PPy de comprimento e largura mM 5000 300 mm, e anexar os fios de contacto externos para o final doiss de um único usando microfio Ag epoxi.
- Coloque o filme PPy e sensores de microfios dentro de um porta-luvas hermético com um medidor de umidade e umidificador. O humidificador permitiria aumento controlada do nível de humidade no interior da caixa de luva. Anexar os fios de contacto para uma estação de sonda Keithley para medições de IV para cada sensor (Fig. 2e).
- Calcula-se a sensibilidade de cada sensor utilizando a seguinte fórmula:
onde, Rf e R i são as resistências final e inicial dos sensores de película e microfio, respectivamente. Medir R i no nível de humidade de base (à temperatura ambiente) e R f em cada nível de humidade para o filme e os sensores de microfios. - Fig. 2f mostra os resultados de sensibilidade (ΔR / R) medições feitas em 8 de 48% a 85% de humidade relativa.Observou-se que a sensibilidade do sensor de microfio PPy foi maior do que o sensor de película para 48% a 58%. Além de 58% a sensibilidade dos sensores de cinema e microfio foram semelhantes.
- Multi-camada microestruturas sobre um substrato: com base no procedimento mostrado na Fig. 1 (C1-C3), a camada superior é substituído por uma combinação de dois e três polímeros / camadas de metal, respectivamente, para gerar multi-camada microestruturas. A disposição do dispositivo é mostrado na fig. 3 (A1-A2). A fabricação é detalhado abaixo.
- Fabricar um molde de Si das dimensões necessárias, através de litografia UV convencional (Fig. 3b).
- Usar uma folha de material não condutor de PMMA de dimensões 500 mm x 170 mm x 170 mm, como a camada intermédia, e colocá-la sobre um substrato, rígida plana.
- Para gerar dois-camada PPy-PEDOT heterojunção: (i) de spin-revestimento a 1000 rpm para obter uma camada de PEDOT 10 mícrons de espessura sobre a folha de PMMA, (ii) cozer o substrar a 80 ° C durante 1 h, (iii) de spin-revestimento a 1500 rpm para obter 1-iM de espessura de filme PPy sobre a camada de PEDOT, e (iv) cozer o substrato a 80 ° C durante 5 min.
- Para gerar dois-camada Al-PEDOT diodos: (i) de spin-revestimento a 1000 rpm para obter uma camada de PEDOT 10 mícrons de espessura sobre a folha de PMMA, (ii) cozer o substrato, a 80 ° C durante 1 h, e ( iii) o revestimento de um 200-nm de espessura, o filme de Al na camada de PEDOT por evaporação térmica.
- Para gerar três camadas PEDOT-PMMA-PEDOT condensadores: (i) de spin-revestimento a 1000 rpm para obter uma camada de PEDOT 10 mícrons de espessura sobre a folha de PMMA, (ii) cozer o substrato, a 80 ° C durante 1 h, (iii) de spin-revestimento a 1000 rpm várias vezes para se obter uma película de PMMA de espessura de 15-20 uM sobre a camada de PEDOT, (iv) cozer o substrato, a 80 ° C durante 30 min, (v) de spin-revestimento a 2500 rpm para se obter uma camada de espessura PEDOT 2-3 mM, em que o filme de PMMA, e (vi) cozer o substrato a 80 ° C durante 5 min.
- Grava o substrato utilizando o machi hot-gofragemne. O tempo de força de inserção, temperatura e do molde são 140-150 ° C, 1500-2000 N e 150-200 s, respectivamente. Realizar a desmoldagem 80-95 ° C com uma velocidade de 1,5 mm / min. Os resultados são mostrados na fig. 3 (cf) 11.
- Aplicações de geradas multi-camada microestruturas
- PPy / PEDOT heterojunção
- Usar uma estação de sonda Keithly para as medições IV das estruturas heterojunção obtidos após a etapa 2,1. A camada de PEDOT é ligado à terra e um potencial de polarização (-20 V a 20 V) é aplicado à camada de PPy.
- Fig. 3 (G1) mostra as características IV da heterojunção PPy / PEDOT em [9,11], as tensões de degradação para a frente e para trás da heterojunção PPy / PEDOT foram de 5 V e -8 V, respectivamente. A razão de rectificação foi de 24 a 10 V. O factor de idealidade foi igual a 8,88.
- Al / PEDOT heterojunção
- Use uma estação de sonda Keithly para o IVmedições da estrutura heterojunção Al / PEDOT obtida após o passo 2.2. A camada de Al é ligado à terra e um potencial de polarização (-5 V a 5 V) é aplicado à camada de PEDOT.
- Fig. 3 (G2) mostra as características IV da junção de Al / PEDOT medido à temperatura ambiente em 11, as tensões de degradação para a frente e para trás eram 3 e -2,5 V, respectivamente. Rácio rectificação do heterojunção Al / PEDOT foi de 2 a 1 V. O factor de idealidade para esta junção foi calculada como sendo 19.
- PEDOT / PMMA / PEDOT capacitor
- Use uma estação de sonda Keithly para as medições CV do capacitor PEDOT / PMMA / PEDOT obtida após o passo 2.3.
- Fig. 3 (G3) mostra o CV do condensador PEDOT / PMMA / PEDOT medido à temperatura ambiente em 11. A capacitância do condensador medido em viés de baixa frequência foi de cerca de 0,06 pF, enquanto que a quantidade teoricamente calculado foi de 1,38 pF.
C. operação de corte do MPL para gerar micro-Sub Ppatterns de metal e polímero condutor
Com base no procedimento ilustrado na fig. 1 (C1-C3), Si moldes com sub-micron características são utilizados para gerar padrões desejados de metal e polímeros condutores. A fabricação é detalhado abaixo.
- Fabricar um molde de silicone com sub-mícron recursos usando Focused Ion Beam litografia (FIB). Dois tipos diferentes de moldes de Si, de larguras de 100 e 500 nm, profundidade de 1 - 1,5 uM, comprimento de 20 microns e de passo de 1 uM, são geradas.
- Preparação da superfície do molde de silicone antes da utilização: (i) lavar o molde com água DI, acetona e uma solução de Nanostrip completamente à temperatura ambiente, secar com ar com azoto gasoso e cozer a 150 ° C durante 30 min seguido de arrefecimento até à temperatura ambiente, e (ii) se o molde não é limpo após as etapas de limpeza acima, submetê-la ao oxigênio plasma limpo. A receita é comoseguinte maneira: potência do plasma a 300 watts, a taxa de fluxo de oxigénio a 80 sccm e duração de 5 - 7 min.
- A camada de revestimento de PMMA: spin-revestimento solução de PMMA (peso molecular 495 K em clorobenzeno 9%) a 3000 rpm para obter uma espessura de cerca de 1,2 uM, cozer a bolacha a 150 ° C durante 1 h, e permitir que arrefeça, e expor a superfície revestida de PMMA para o plasma de oxigénio durante 3 min a 300 W com 50 sccm taxa de fluxo de oxigénio para torná-lo hidrofílico para o próximo passo.
- Rotação-revestimento solução PPy (diluído por 1:2 (V / V) com água DI) a 3000 rpm para obter uma espessura de cerca de 75 nm e cozer o substrato, a 60 ° C durante 1 h para curar a camada de PPy.
- O revestimento de um filme de ouro com uma espessura de 10-25 nm, utilizando deposição catódica.
- Gerar fios PPy usando as seguintes etapas.
- Impresso os canais 500 nm de largura de Si: executar imprinting a 160 ° C com uma velocidade de 1 mm / min e inserir duração de 600 s usando o modo decontrolo de posição na máquina de estampagem a quente. A força máxima utilizada é 1085 N, neste caso.
- Impresso os canais 100 nm de largura de Si: executar imprinting a 140 ° C com uma velocidade de 1mm/min e inserir duração de 500 s usando o modo de controlo de força na máquina de hot-gravação em relevo. Fixe a força de estampagem a 2300 N.
- Gerar nanofios Au utilizando um molde de Si com 100 nm de largura canais: executar imprinting a 160 ° C com uma velocidade de 1mm/min e inserir duração de 700 s usando o modo de controlo de força na máquina de hot-gravação em relevo. Fixe a força de estampagem a 2300 N.
- Para obter as etapas 4,1-4,2, executar desmoldagem a 95 ° C com uma velocidade de 3 mm / min. Os resultados são mostrados na fig. 4.
- Gerar fios PPy usando as seguintes etapas.
D. Desenho Operação do MPL para gerar micropadrões em paredes laterais de Polímeros e Substratos Si.
Seguindo o procedimento na fig. 1 (d1-d3), o "desenho" A operação éusado para gerar e Au PDMS micropadrões sobre as paredes laterais de microcanais HDPE. O material correspondente sobre o substrato HDPE é Au ou PDMS, que segue o perfil da superfície do polímero intermediário camada durante imprinting. A fabricação é detalhado abaixo.
- Padrões Au laterais em canais de PEAD
- Rotação-revestimento a 3000 rpm para obter uma camada de 1-m de espessura de um material fotosensitivo positivo (S1813) sobre uma folha de HDPE 1,5 mm de espessura (1,5 mm x 40 mm x 40 mm).
- O uso da litografia de UV para transferir os padrões de máscara para a camada de S1813 (Fig. 5 (ab)). Os padrões de máscara formada por 10 x 10 mM 2 pontos (Fig. 7a) e 110-m de largura linhas.
- O revestimento de um 100-nm de espessura de filme sobre a camada de Au S1813 utilizando um evaporador térmica (Fig. 5c).
- Remover o S1813 com acetona enxaguar, deixando os padrões de Au na folha de HDPE (Fig. 5D).
- Aquecer a folha de HDPE até um Temperature gama de 131-136 ° C sobre uma placa quente, o que é ligeiramente maior do que T g de HDPE (isto é, 128 ° C), mas abaixo m T de Au (isto é, 1063 ° C) (Fig. 5e).
- Use um Si reforçado molde PDMS 16 a imprimir a folha de Au-modelado HDPE com faixa de pressão de 40-120 KPa, por 1 hora seguido de resfriamento posterior (Fig. 5f).
- Separa-se o molde ea folha de HDPE quando as suas temperaturas estão abaixo g T do HDPE, de completar a transferência padrão a partir do molde PDMS ao substrato. Os padrões de Au, que são empurradas para a folha de HDPE pelo molde PDMS, permanecer nas paredes laterais e as superfícies inferiores das microestruturas formado (Fig. 5g). Uma vez que a força de ligação entre o molde PDMS e os padrões de Au são mais fracos do que entre a folha de HDPE e os padrões de Au, os padrões de Au não aderem ao molde PDMS e permanecem na superfície de HDPE. Os resultados deste processo são mostrados na fig. 7 (bc) 12.
- Micropillars PDMS em paredes laterais do canal de PEAD
- Rotação-revestimento a 3000 rpm para obter uma camada de 1-m de espessura de S1813 em moldes SU-8 (Fig. 6a). O molde SU-8 é gerada utilizando litografia UV convencional 17.
- Spin-revestimento PDMS (razão entre PDMS eo seu agente de cura é de 10:1) a 1000 rpm no S1813 revestido SU-8 do molde, e cozer a amostra a 85 ° C durante 3 h numa placa quente seguido de arrefecimento para baixo para temperatura ambiente (Fig. 6b).
- Lançar o filme PDMS fina da SU-8 molde por decapagem S1813 com acetona, completando a geração do micropillar-formado PDMS película (Fig. 6c).
- Coloque a micropillar-formado película PDMS sobre uma folha de HDPE 1,5 mm de espessura (Fig. 6d).
- Inserir um molde Al (com arestas arredondadas) em ambos os filmes PDMS e folha de HDPE a 140 ° C com uma pressão de 52,5 kPa (Fig. 6e). A impressãotempo é 1 h. A 140 ° C, o filme PDMS é empurrado para baixo para a folha de HDPE macio pelo molde.
- Depois a amostra é arrefecida até à temperatura ambiente, seguido por remoção do molde Al, um canal é gerado na folha de HDPE. Parte deste filme PDMS micropillar-formado é transferido para a parte inferior e duas paredes laterais do canal (Fig. 6f). Os resultados são mostrados na fig. 7 (df) 15.
- Medir o ângulo de contacto de uma gota de água colocada no topo das micropillars PDMS no interior do canal de HDPE. Fig. 7 (GH) mostra o ângulo de contacto médio medido como 145,5 ° 15.
Resultados E. Representante
Em resumo, os resultados de MPL estão listados abaixo:
- Única camada polímero condutor e micropadrões de metal foram formados como na fig. 2 (B1-B3, C2 e C3).
- Filme PPy e umidade microfio detecção resulta emFig. 2d.
- Camada múltipla polímero condutor e micropadrões de metal foram formados como na fig. 3 (CF).
- Junção resultados da caracterização da figura 3 (g1-g3).
- 100 - 500 e os fios nm de largura PPy foram formados como na fig. 4 (ab).
- Nanofios 100 nm de largura Au foram formados como na fig. 4c.
- Padrões de Au foram gerados em canais 300 mícrons de largura e 42-m de profundidade de HDPE como na fig. 7 (bc).
- Micropillars PDMS foram gerados sobre as superfícies inferiores de topo, ea parede lateral de canais de HDPE de 1 mm de largura e 1 mm de profundidade, como na fig. 7 (df).
- Ângulos de contacto medidos de água no interior do canal de HDPE na Fig. 7 (GH).
Figura 1 O processo de "corte" na criação de macropatterns convexos em uma chapa metálica (cross-section esquemas):. (a1) colocar uma folha de metal na parte superior do substrato, (a2) inserir o molde para o substrato, e (a3) o molde separada e do substrato. O "desenho" processo na fabricação de macropatterns côncavas: (b1) lugar uma folha de metal sobre o substrato, (b2) inserir o molde para o substrato, e (b3) separar o molde e do substrato. A operação de "corte" do método MPL na fabricação de estruturas convexas (cross-secção esquemas): (c1) calor do substrato, (c2) inserir o molde para o substrato, e (c3) separar o molde e do substrato. O "desenho" operação da abordagem MPL na fabricação de estruturas côncavas: (d1) calor do substrato, (d2) inserir o molde para o substrato, e (d3) separar o molde e do substrato.
Figura 2 Projetos de moldes de silício (vista superior): (A1) de linhas retas, (a2) pontos quadrados, estruturas (A3) de armação, e (A4) de linhas sinuosas..(B) A máquina de estampagem a quente. MEV das estruturas Al gerados: (c1) 10-m de largura linhas, (c2) 20 × 20 mM 2 pontos, e estruturas (C3) treliça. (D1) Esquema das microestruturas que consistem de múltiplas estruturas, (d2) de 300 m de largura em linha reta; (D3) de 50 m de largura padrões de microfios serpentina de PPy, PEDOT e Spani fabricado simultaneamente com a operação de "corte" do MPL . (E) A umidade sensoriamento configuração experimental, e (f) umidade sentindo os resultados com filme de PPy e sensor microfio 4, 7, 8. Clique aqui para ver maior figura .
Figura 3. Layouts de: (a1) duas e (A2) três camadas de dispositivos, (b) esquema de um molde de Si (vista de topo) utilizados para fabricar multi-camada dispositivos, (c) da imagem SEM de um 300-iM de largura, em forma de microline PPY-PEDOT heterojunção; e close-up SEM vistas de seções transversais de: (d) PPy-PEDOT heterojunção; (e) diodo Al-PEDOT; (f) capacitor PEDOT-PMMA-PEDOT; resultados da caracterização de heterojunção: (g1) PPy / PEDOT; (g2 ) Al / PEDOT e (g3) PEDOT / PMMA / PEDOT 9,11.
Figura 4 (a) AFM varredura dos fios em relevo de 500 nm de largura PPy,. MEV de (b) em relevo as linhas 100-nm de largura PPy e (c) fios 100-nm de largura Au. Clique aqui para ver ampliado descobrir .
A Figura 5 Fabricação de um substrato de HDPE com padrões de Au:. (Ab) usando uma máscara de características desejadas, expor e desenvolver a camada de S1813; (cd) depósito de Au e remover a camada de S1813; (EF) imprimindo os substratos usando um reforçado Si PDMS molde, e (g) após demolDing, um substrato com padrões de paredes laterais que consistem de características Au 12.
A Figura 6 Fabricação de um filme PDMS com micropillars:. (A) fabricar uma SU-8 molde, (b) de spin-revestimento e curar uma camada de PDMS, (c) remover a camada de PDMS do SU-8 molde; (d) imprimindo o substrato utilizando um molde de Al, e (EF), após a desmoldagem, um substrato com padrões de paredes laterais que consistem em micropillars PDMS, são obtidos 15.
A Figura 7 (a) disposição dos pontos Au; imagens SEM de:. (B) 10 x 10 uM 2 pontos, e (c) 110 mícrons de largura de linhas. As dimensões dos canais gerados em HDPE são de 1 cm x 300 mm x 42 uM (comprimento x largura x profundidade); micropillars PDMS gerados sobre a parte superior, inferior e canais laterais surfaces1 mm de largura de HDPE: (d) vista em corte transversal docanal; MEV de (e) superior; (f) de canto inferior do canal, e (gh) de contacto resultados da medição do ângulo em pilares de PDMS 12,15. Os pilares de PDMS tem as dimensões de 10 x 10 uM uM x 27 uM. As dimensões dos canais em HDPE são 20 mm x 1 mm x 1 mm (comprimento x largura x altura). - PPy / PEDOT heterojunção
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Solução de problemas: Os pontos críticos em relação a geração de micropadrões simples e múltiplas camadas de polímeros condutores e metais usando a operação de "corte": (1) Temperatura de relevo garante a fluidez da camada de PMMA intermediário que gera os melhores resultados. É aconselhável para iniciar no limite inferior do intervalo e aumentar a temperatura gradualmente se os resultados desejados não são alcançados. Demasiado alta temperatura pode causar a camada de polímero condutor para alterar a sua química e / ou propriedades eléctricas. (2) Se a força de impressão é demasiado alto, pode fazer com que o molde de Si para quebrar durante a gravação a; que força baixa pode resultar em enchimento do molde imprópria e as camadas de polímero podem não ser cortado. (3) A máquina de estampagem deve ser programado para começar a imprimir apenas depois de o substrato tenha atingido o valor da temperatura conjunto. (4) O perfil da marca depende de características de tamanho, imprimindo insegurança temperatura, força e moldetempo rt; e pode variar entre um com arestas vivas para uma posição mais arredondada. Como o número de polímero aumento camadas, o perfil tende a ser arredondados nas arestas. (5) moldes de Si com arestas vivas são preferidos para assegurar que os condutores de polímero / metal camadas são de corte, como desejado. A utilização de um molde de Si com paredes laterais inclinadas não é recomendada. (6) utilização do molde de Si muito profunda pode causar stiction entre o molde ea camada de polímero (s). Se o molde é muito raso, pode não ser capaz de alcançar "corte" da camada superior (s). (7) Recomenda-se que uma película anti-atrito estático (por exemplo, de teflon) deve ser revestida sobre o molde de Si para facilmente separando-o do substrato durante o processo de desmoldagem. (8) tempo de inserção baixa molde não pode resultar em "corte" eo perfil de molde pode ser arredondada. Se o tamanho característica é pequena, vezes mais de inserção são necessários e vice-versa. (9) mais espessas condutoras de polímero / metal filmes são mecanicamente mais forte em comparação com mais finas. No entanto, com oespessura combinada de a camada superior não deve ser mais do que a espessura da camada de PMMA intermédia. (10) temperatura de desmoldagem deve ser inferior a 105 ° C (T g de PMMA). Um valor elevado pode resultar no substrato sendo curvo-se após a desmoldagem e um valor baixo pode causar o molde Si para manter o substrato e se quebram.
Os pontos críticos em relação a geração do PPy sub-micron e fios Au: (1) Antes de usar os moldes de Si, pela primeira vez, não há scans AFM e SEM do molde deverá ser executado. Isto é necessário para manter a superfície pura do molde de silicone. (2) Procedimentos de limpeza agressivos, tais como utilizando uma solução de NanoStrip ou plasma de oxigénio deve ser evitada, pois existe uma possibilidade de aumentar a rugosidade da superfície do molde de silicone. Isto pode induzir stiction entre o molde de silicone ea camada de polímero condutor. (3) A espessura da camada superior (polímero condutor ou de metal) deve ser menor do que a profundidade do moldepara o corte de fora da camada nas bordas. Não há qualquer limitação, tais sobre a espessura da camada de polímero isolante. (4) A rugosidade da superfície do molde de silicone deve ser mínimo. No caso de a superfície do molde de silicone é áspera devido ao processamento ou de contaminação, pode não haver contacto perfeito entre o molde eo substrato, resultando na transferência de padrão indevida.
Os pontos críticos em relação geração de micropadrões Au em canais de HDPE: (1) A temperaturas mais elevadas de estampagem (≥ 136 ° C), as linhas de Au não se curvam-se a seguir a superfície como o HDPE é amolecida. (2) Em profundidades superiores do molde (igual ou superior a 42 mm), as linhas de Au pode quebrar nas bordas dos canais de HDPE devido ao stress 12.
Os pontos críticos em relação a geração de canais de HDPE com micropillars PDMS: (1) Se a altura das micropillars PDMS é grande, pode cair para baixo após a libertação da SU-8 molde. (2) alta relação de aspecto de pilares de PDMS podemser danificado durante o "desenho" passo 15.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Não há conflitos de interesse declarados.
Acknowledgments
Este trabalho foi financiado em parte através da NSF, NSFDMI-0508454 / LEQSF (2006)-Pfund-53, a NSF-CMMI-0811888, e NSF-CMMI-0900595 subvenções.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| PMMA | Sigma-Aldrich | 495C9 | The solvent is cholorobenzene. Handle PMMA solution under a fume hood with adequate ventilation. Do not breathe the vapor. Refer to MSDS for safe handling instructions. |
| PPy | Sigma-Aldrich | -- | 5% by weight in water. Used as received. |
| PEDOT-PSS | H. C. Starck Co. | Baytron P HC V4 | Proprietary solvent. Used as received. |
| SPANI | Sigma-Aldrich | -- | Water soluble form. Used as received. |
| Hot embossing machine | JenoptikMikrotechnik Co. | HEX 01/LT | |
| Sputter machine | Cressington Co. | 208HR | |
| FIB machine | Carl Zeiss, Inc. | FIB Crossbeam 1540 XB | |
| Spin coater | Headway Research Inc. | PWM32-PS-R790 Spinner System | |
| RIE machine | Technics MicroRIE Co. | -- | |
| Photoresist | Shipley Co. | S1813 | |
| PDMS | Dow Corning | Sylgard 184 Silicone elastomer kit | |
| HDPE sheet | US Plastic Corp. | -- | |
| PMMA sheet | Cyro Co. | -- | |
| Double-sided adhesive tape | Scotch Co. | -- | |
| Single-sided tape | Delphon Co. | Ultratape # 1310 | |
| Glass micropipettes | FHC, Inc. | 30-30-1 | |
| Clip | Office Depot | Bulldog clip | |
| Humidifier | Vicks Co. | Filter free humidifier |
References
- Menon, R. Conducting polymers: Nobel Prize in Chemistry, 2000. Current Science. 79, 1632 (2000).
- Inzelt, G., Pineri, M., Schultze, J. W., Vorotyntsev, M. A. Electron and proton conducting polymers: recent developments and prospects. Electrochimica Acta. 45, 2403 (2000).
- Adhikari, B., Majumdar, S.
- Chakraborty, A., Liu, X., Parthasarathi, G., Luo, C. An intermediate-layer lithography method for generating multiple microstructures made of different conducting polymers. Microsystem Technologies. 13 (8), 1175 (2007).
- Madou, M. Fundamentals of Microfabrication. , CRC Press. (1995).
- Bustillo, J. M., Howe, R. T., Muller, R. S. Surface micromachining for microelectromechanical systems. Proceedings of the IEEE. 86, 1552 (1998).
- Liu, X., Luo, C. Intermediate-layer lithography for producing metal micropatterns. Journal of Vacuum Science and Technology B. 25, 677 (2007).
- Chakraborty, A., Luo, C. Multiple conducting polymer microwire sensors. Microsystem Technologies. 15, 1737 (2009).
- Chakraborty, A., Liu, X., Luo, C. Polypyrrole: A new patterning approach and applications. Polypyrrole: Properties, Performance and Applications. Mason, E. C., Weber, A. P. , Nova Science Publishers, Inc. (2011).
- Poddar, R., Luo, C. A novel approach to fabricate a PPy/p-type Si heterojunction. Solid-State Electronics. 50, 1687 (2006).
- Liu, X., Chakraborty, A., Luo, C. Generation of all-polymeric diodes and capacitors using an innovative intermediate-layer lithography. Progress in Solid State Electronics Research. Martingale, J. P. , Nova Science Publishers, Inc. 127-139 (2008).
- Liu, X., Luo, C. Fabrication of Au sidewall micropatterns using a Si-reinforced PDMS mold. Sensors and Actuators A. 152, 96 (2009).
- Liu, X., Chakraborty, A., Luo, C. Fabrication of micropatterns on the sidewalls of a thermal shape memory polystyreme block. Journal of Micromechanics and Microengineering. 20, 095025 (2010).
- Chakraborty, A., Liu, X., Luo, C. Fabrication of micropatterns on channel sidewalls using strain-recovery property of a shape-memory polymer. Sensors and Actuators A. , Accepted (2011).
- Liu, X., Luo, C.
- Luo, C., Meng, F., Liu, X., Guo, Y. Reinforcement of PDMS master using an oxide-coated silicon plate. Microelectronics Journal. 37, 5 (2006).
- Luo, C., Garra, J., Schneider, T., White, R., Currie, J., Paranjape, M. Thermal ablation of PMMA for water release using a microheater. Sensors and Actuators A. 114, 123 (2004).
