Summary
نقدم أساليب لتصنيع المجهرية منقوشة من أنابيب الكربون النانوية الانحياز عموديا (تشارك المركز الوطني)، واستخدامها على النحو قوالب رئيسية لانتاج المجهرية البوليمر مع المنظمة نسيج السطح النانو. وdensified الغابات المركز الوطني للاستشعار عن طريق التكثيف من المذيب على الركيزة، مما يزيد بشكل كبير من كثافة التعبئة والتغليف وتمكن ذاتيين تشكيل الأشكال 3D.
Abstract
إدخال مواد وعمليات جديدة لmicrofabrication و، في جزء كبير منه، مكنت التطورات كثيرة ومهمة في مايكروسيستمز، وأجهزة المختبر على واحد في رقاقة، وتطبيقاتها. على وجه الخصوص، تم تحويل القدرات من أجل فعالية من حيث التكلفة تصنيع المجهرية البوليمر من قبل ظهور الطباعة الحجرية الناعمة وتقنيات أخرى micromolding 1، 2، وهذا أدى إلى ثورة في تطبيقات microfabrication إلى الهندسة الطبية الحيوية وعلم الأحياء. ومع ذلك، فإنه لا يزال يشكل تحديا لافتعال المجهرية مع محددة جيدا القوام سطح النانومترية الحجم، والى افتعال اشكال 3D التعسفي على النطاق الصغير. متانة القوالب الرئيسية والحفاظ على سلامة شكل مهم بشكل خاص لتحقيق عالية الدقة من تكرار الهياكل المعقدة والحفاظ على نسيج من سطح النانو. مزيج من القوام الهرمي، والأشكال غير متجانسة، يمثل تحديا ضخما لأساليب microfabrication القائمة التي لارالاعتماد على gely من أعلى إلى أسفل الحفر باستخدام قوالب قناع ثابت. من ناحية أخرى، يمكن توليف من أسفل إلى أعلى من النانو مثل الأنابيب النانوية والأسلاك النانوية تقدم قدرات جديدة لmicrofabrication، ولا سيما من خلال الاستفادة من التنظيم الذاتي الجماعي النانو، والسيطرة المحلية على سلوك نموها فيما يتعلق بأنماط microfabricated .
هدفنا هو أن نقدم أنابيب الكربون النانوية الانحياز عموديا (تشارك المركز الوطني)، والتي نشير إليها باسم "الغابات" المركز الوطني للاستشعار، كمادة microfabrication جديد. نقدم تفاصيل عن مجموعة من الطرق ذات الصلة وضعت مؤخرا من قبل مجموعة لدينا: تلفيق المجهرية الغابات المركز الوطني للاستشعار عن الأمراض القلبية الوعائية الحرارية من الأفلام حافزا منقوشة lithographically رقيقة؛ الذاتي الموجهة التكثيف elastocapillary المجهرية من المركز الوطني للاستشعار، وصب طبق الأصل من البوليمر المجهرية باستخدام قوالب المركز الوطني للاستشعار سيد مركب . على وجه الخصوص، عملنا يدل على ان تكثيف التوجيه الذاتي الشعرية ("تشكيل الشعرية")، والذي هو performed بواسطة التكثيف من مذيب على الركيزة مع المركز الوطني للاستشعار المجهرية، ويزيد بشكل كبير من كثافة التعبئة والتغليف من تشارك المركز الوطني. هذه العملية يمكن تحويل موجهة من المركز الوطني للاستشعار المجهرية عمودي في الأشكال على التوالي، وميلا، والملتوية، والتي لها خصائص ميكانيكية قوية تتجاوز تلك التي من البوليمرات microfabrication نموذجي. وهذا بدوره يتيح تشكيل قوالب بمركب متناهي في الصغر من قبل المركز الوطني للاستشعار سيد الشعرية يحركها تسلل من البوليمرات. الهياكل طبق الاصل يحمل نسيج متباين الخواص النانو لتشارك المركز الوطني الانحياز، ويمكن أن يكون مع الجدران الفرعية ميكرون سمك ونسب تتجاوز 50:1. التكامل من المركز الوطني للاستشعار المجهرية في تلفيق يتيح فرصا أكبر للاستفادة من الخصائص الكهربائية والحرارية من تشارك المركز الوطني، وقدرات متنوعة للصناعات الكيماوية وfunctionalization البيوكيميائية 3.
Protocol
1. محفز زخرفة
- الحصول على رقاقة السيليكون (100) مع السيليكون طبقة سميكة 3000Å ثاني أكسيد، مع ما لا يقل عن جانب واحد مصقول. بدلا من ذلك، يمكنك الحصول على رقاقة السيليكون العارية وتنمو 3000Å ثاني أكسيد السيليكون على رقاقة. ويتم تجهيز كل المبينة أدناه على الجانب المصقول من الرقاقة.
- Spincoat طبقة من HMDS في 500rpm ل4S، ثم في 3000rpm ل30S. HMDS تعزز التصاق بين رقاقة ومقاومة للضوء و.
- Spincoat طبقة من SPR-3-220 في 500rpm ل4S، ثم في 3000rpm ل30S.
- خبز الرقاقة على موقد في 115 درجة مئوية ل90s.
- باستخدام قناع المطلوب لتنميط محفز، وفضح الرقاقة للأشعة فوق البنفسجية مع الإشعاع من 20 ميغاواط / سم 2 في 405 نانومتر ل6S في الاتصال الثابت mode.1.6) اخبز الرقاقة على موقد ثانية في 115 درجة مئوية لمدة 90s (آخر التعرض للخبز).
- تطوير مقاومة للضوء معرضة لل60S باستخدام AZ-300 المطور MIF.
- شطفالرقاقة ل60S في المياه DI.
- بعد إيداع 10nm آل 2 يا 3 من الحديد 1nm بواسطة البريد شعاع تبخر أو الاخرق.
- كاتب يدويا ورقاقة انقطاع الى قطع حوالي 20 × 20 مم أو أصغر.
- أداء الإقلاع من مقاومة للضوء عن طريق نقع قطعة رقاقة في كوب 1L تحتوي على 100ml من الاسيتون، في حين يتم وضع الدورق في حمام بالموجات فوق الصوتية في السلطة 6 ل8min (الموجات فوق الصوتية CREST 1100D).
- التصرف، ويستعاض عن الأسيتون ويصوتن مرة أخرى مع نفس الإعدادات.
- نقل القطع رقاقة إلى دورق مع الأيزوبروبانول (IPA)، ثم ينقع ل2min.
- إزالة قطع رقاقة من وكالة تشجيع الاستثمار بشكل فردي باستخدام ملاقط. تجفيف كل قطعة مع تيار النيتروجين لطيف باستخدام فوهة يده.
2. المركز الوطني للاستشعار النمو
- الحصول على العارية رقاقة السيليكون (أو أكسيد المغلفة) ويدويا الكاتب وكسر قطعة بأبعاد 22 × 75 ملم تقريبا. هذا "المركب"وسوف تستخدم لدعم وتحميل قطعة رقاقة حافزا مغلف بالمطاط في الفرن أنبوب. المركب مفيد جدا لعقد قطعة رقاقة أثناء التحميل والتفريغ، ولكنها لا تلعب دورا في عملية النمو. من حيث المبدأ قد قارب أن يكون أي من المواد التي هي كيميائيا ومستقرة حراريا وفقا للشروط نمو المركز الوطني للاستشعار.
- وضع الرقم المطلوب من القطع رقاقة حافزا المغلفة (ركائز النمو) على متن الزورق، 30mm من الحافة الأمامية.
- تحميل القارب مع ركائز النمو في أنبوب. دفع القارب في أنبوب مثل الذي يقع على حافة الرائدة 30mm المصب من الفرن الحرارية، وذلك باستخدام الفولاذ المقاوم للصدأ أو الكوارتز ذراع الدفع. هذا الموقف 30mm هو "sweetspot" الذي يعطي أعلى نسبة نمو في المركز الوطني للاستشعار معدل في الفرن لدينا. سيكون من الضروري لتحديد هذا الموقف لجهاز المستخدم، اعتمادا على جهاز المستخدم وأهداف (على سبيل المثال، تعظيم معدل النمو المركز الوطني للاستشعار أو الكثافة).
- ربطفي نهاية مباراة دولية، وختم الأنبوب. ينبغي الحرص على عدم تعكير الموقف من القارب أو القطع السيليكون منقوشة. ملاحظة: المركز الوطني للاستشعار نمو حساس جدا للموقف داخل الأنبوب.
- تدفق أنبوب الكوارتز مع 1000sccm من الهليوم ل5min في درجة حرارة الغرفة.
- بينما تتدفق 400sccm من الهيدروجين والهليوم 100sccm، المنحدر من درجة الحرارة إلى 775 درجة مئوية في 10min، ثم اضغط على التدفقات ودرجة الحرارة عن 10min. هذه الخطوة يتسبب في فيلم للحد من كيميائيا من أكسيد الحديد إلى حديد، وdewet إلى النانوية.
- تغيير معدل تدفق الهيدروجين ل100sccm ومعدل تدفق الهليوم إلى 400sccm، في حين اضاف 100sccm من الاثيلين والحفاظ على الفرن على 775 درجة مئوية في النمو تشارك المركز الوطني. يتم التحكم في ارتفاع تشارك المركز الوطني لمدة من هذه الخطوة.
- لوقف نمو والمركز الوطني للاستشعار تبريد عينة، مرر يدويا المصب أنبوب الكوارتز حتى تقع رقائق حافزا حوالي 1cm المصب من العزل الفرن. استخدام الرعاية للالحفاظ على تدفقات نفسه ودرجة حرارة الفرن نقطة التحديد كما في الخطوة السابقة، لمدة 15 دقيقة.
- تدفق أنبوب مع 1000sccm من الهليوم ل5min، وذلك قبل استرداد عينات، وتحويل قبالة فرن.
3. المركز الوطني للاستشعار التكثيف
- تنطبق على قطعة من الشريط على الوجهين لشبكة الألومنيوم سميك 0.8mm مع ثقوب قطرها 6.25mm. تأكد من شبكة أكبر من افتتاح كأس 1L ويتركز ما يقرب من الشريط على شبكة.
- تركيب قطعة رقاقة السيليكون مع تشارك المركز الوطني في الشريط حتى المجهرية المركز الوطني للاستشعار تواجه التصاعدي.
- صب الأسيتون 100ML إلى كأس 1L ووضع الكأس على طبق ساخن داخل غطاء الدخان. تعيين لوحة الساخن لتحقيق درجة حرارة سطح الأرض من 110 درجة مئوية. انتظر حتى يبدأ غليان الأسيتون. نلاحظ أنه، في موقد لدينا، وهو وضع من 150 درجة مئوية كان مطلوبا لتحقيق 110 درجة مئوية على السطح. درجة غليان الأسيتون هي أقل بكثير (حوالي 56 درجة مئوية) لكننا fouالثانية أن درجة حرارة مرتفعة والأسيتون سمح لتغلي بسرعة أكبر، وتسخين الجوانب من الكأس، ومنع التكثيف داخل الكأس.
- وضع شبكة من الألومنيوم في الكأس هذا أن العينة التي شنت إلى أسفل.
- لاحظ أي التقلبات السريعة في الجبهة البخار يتصاعد الى جانب الكأس وضبط وشاح هود الدخان مستوى لتحقيق الاستقرار في جبهة بخار.
- مرة واحدة على الجبهة بخار يقترب من أعلى الكأس، لاحظ يتغير لون واضح على سطح الركيزة السيليكون. وقوس قزح، مثل أنماط تظهر واجتياح كامل السطح. هذا يدل على طبقة رقيقة من المذيب في التكون على السطح عندما بخار يلامس سطح بارد.
- مرة واحدة وقد تم إيداع ما يكفي من المذيبات، والتقاط شبكة ودون تغيير اتجاه من العينة، لأنه عقد بعيدا عن مذيب الغليان حتى تودع مذيب تبخرت بعيدا. يتم تحديد مقدار الوقت امبراطوريهاستنادا جسديا على حجم والمباعدة بين الولادات في الهياكل المركز الوطني للاستشعار. ويتناول هذا مزيد من المناقشة.
- إزالة شبكة من الكأس، وبعناية انزع عينة من الشريط على الوجهين، وذلك باستخدام شفرة حلاقة. وينبغي اتخاذ أقصى درجات الحذر في هذه الخطوة لأنه من السهل لكسر عينة خلال إزالة.
4. المركز الوطني للاستشعار تصنيع القالب ماجستير
- تجمع SU-8 2002 بشأن المركز الوطني للاستشعار densified المجهرية. تدور العينة في 500rpm ل10S، ثم في 3000rpm ل30S.
- خبز العينة في 65 درجة مئوية لمدة 2 دقيقة، ثم في 95 درجة مئوية لمدة 4 دقائق.
- فضح عينة للأشعة فوق البنفسجية مع الإشعاع من 75mW/cm 2 ل20S.
- خبز العينة مرة أخرى في 65 درجة مئوية لمدة 2 دقيقة، ثم في 95 درجة مئوية لمدة 4 دقائق.
5. طبق الاصل صب
- إذا تكرار الهياكل الحساسة، ووضع رئيسي في مجفف مع كوب من حقير 100μL من (tridecafluoro-1، 1،2،2،-tetrahydtoocyl)-trichlorosilane في 400mTorr ل12H.
- خلط ما مجموعه 1G من PDMS (Sylgard 184)، مع نسبة من 10:01 مونومر: عبر رابط. لالمجهرية مع حجم قاعدة من ميكرومتر قليلة ونسبة الارتفاع من 10 أو أكثر من استخدام نسبة من 08:01.
- وضع المركز الوطني للاستشعار رئيسي في صحن الألومنيوم احباط، وتصب في صحن PDMS حتى يتم غمر العينة.
- وضع العينة في فراغ وديغا في 400mTorr لمدة 15 دقيقة. مرة واحدة تبدأ على شكل فقاعات في PDMS (عادة بعد حوالي 3 دقائق) زيادة دورية لضغط بسرعة إلى انفجار فقاعات ضخمة.
- علاج سلبي على 120 درجة مئوية لمدة 20 دقيقة. إذا كانت العينة تحتوي على هياكل حوما، في شفاء 85 درجة مئوية ل5H.
- الشفاء مرة واحدة، قشر رقائق الألومنيوم مرة أخرى وفصل رئيسي من السلبية PDMS اللين باليد.
- إذا تكرار الهياكل الحساسة، ووضع سلبي في مجفف مع كوب من حقير 100μL من trichlorosilane-(tridecafluoro-1، 1،2،2،-tetrahydtoocyl) في400mTorr ل12H.
- صب SU-8 2002 الى السلبية PDMS وديغا في 400mTorr عن 10min.
- خبز العينة (SU-8 شغلها السلبية) عند 65 درجة مئوية لمدة 4min، ثم في 95 درجة مئوية لمدة 6H لتتبخر المذيب من طبقة سميكة من SU-8.
- فضح عينة للأشعة فوق البنفسجية مع الإشعاع من 75mW/cm 2 ل20S وتخبز مرة أخرى في 65 درجة مئوية ل4min ومن ثم في 95 درجة مئوية لمدة 8min.
- الماضي، demold يدويا SU-8 طبق الاصل من السلبية PDMS.
6. ممثل النتائج
ويرد ممثل دعامة المركز الوطني للاستشعار كما محلية جنبا إلى جنب مع صفائف أشكالها densified في الشكل 4 (صورة معدلة من آل دي آخرون Volder 4). خفضت ركائز HAR مع سمك 10μm أو أصغر تدريجيا استقامة، والتي يتم تخفيض المزيد من خلال التكثيف. وقد تبين التكثيف من الركائز الهلالية أن تسفر عن ركائز موحدة عازمة على مساحات واسعة (الشكل 4C). SU-8 أناnfiltration يحدث في ما بين وداخل المركز الوطني للاستشعار المجهرية، لهياكل مع تباعد من 30μm أو أقل من طبقة رقيقة من SU-8 قد تبقى بين الهياكل. وتظهر الصور الفوتوغرافية من الخطوات الحاسمة في عملية النسخ المتماثل في الشكل (5)، في حين يتم عرض الصور ووزارة شؤون المرأة مقارنة المجهرية منسوخة إلى نماذجها المقلدة على مستويات مختلفة في الشكل 6 (صورة معدلة من Copic وآخرون. 5). وتظهر الحدود الحالية، من حيث تشكيل هيكل، بما في ذلك الهياكل الملتوية (صورة معدلة من دي Volder وآخرون 4. AL)، وارتفاع الجدران نسبة الارتفاع، والهياكل إعادة مشارك في الشكل 7 (صورة معدلة من وآخرون Copic 5).
الشكل 1. أنبوب إعداد فرن للنمو المركز الوطني للاستشعار نمو. (أ) من نظام تخطيطي. (ب) فرن أنبوب (الحرارية فيشر Minimite)، مع غطاء مفتوحة لإظهار قارب السيليكون داخل أنبوب الكوارتز مختوم. (ج) ب سيليكونالشوفان مع العينات، وتظهر من قبل، وبعد نمو. انقر هنا لعرض أكبر شخصية .
الشكل 2 (أ) تخطيطي لإعداد كوب من أجل تكثيف رقابة من بخار المذيب على المركز الوطني للاستشعار المجهرية (صورة معدلة من آل دي آخرون Volder 6). (ب) والمركز الوطني للاستشعار الركيزة عينة تعلق على شبكة الألومنيوم أكثر من الأسيتون الغليان.
الشكل 3. تدفق عملية صب طبق الأصل من المركز الوطني للاستشعار المجهرية، وصورة من ممثل مجموعة المجهرية تكرارها مقارنة بالربع الولايات المتحدة عملة الدولار.
الشكل 4. النموذجية المجهرية المركز الوطني للاستشعار قبل وبعد capillarذ التشكيل. التخطيطي ووزارة شؤون المرأة صورا لمجموعة من ركائز الوفاق الوطني أسطواني (أ) قبل تشكيل الشعرية، و (ب) بعد تشكيل الشعرية (صورة معدلة من آل دي آخرون Volder 6). Insets إظهار المحاذاة وكثافة تشارك المركز الوطني. (ج) Semicylindrical ركائز المركز الوطني للاستشعار densify والميل خلال تشكيل الشعرية، وتشكيل الحزم ميلا (صورة معدلة من تشاو وآخرون. 7). انقر هنا لعرض أكبر شخصية .
الشكل 5. الخطوات الرئيسية لتصنيع المركز الوطني للاستشعار قالب الصب السلبية ومتماثلة. (أ) من قالب الصب PDMS سلبي. (ب) وإفراغ الغاز من العفن سلبية. (ج) دليل demolding من السلبية، ويلقي من النسخة المتماثلة SU-8.
الشكل 6. مقارنة بين (أ) CNT/SU-8 الماجستير و (ب) نسخة هياكل micropillar تظهر الدقة العالية تكرار الصغيرة الحجم الشكل والملمس النانو (أي الجوانب والسطح العلوي)، على مساحة واسعة (صورة معدلة من وآخرون Copic 5). اضغط هنا هنا لمشاهدتها بشكل اكبر شخصية .
الشكل 7. الرفيع الجانب، نسبة (هار) وإعادة الوافد المجهرية المركز الوطني للاستشعار ونماذجها المقلدة والبوليمر. (أ) المركز الوطني للاستشعار Densified العسل مع سيد SU8، المركز الوطني للاستشعار المقابلة ومتماثلة SU8. (ب) والماجستير وطبق الأصل من المركز الوطني للاستشعار microwell منحدر (صورة معدلة من وآخرون Copic 5). (ج) Densified الملتوية micropillars المركز الوطني للاستشعار، مع رئيسي وطبق الأصل من بنية الفرد (صورة معدلة من دي Volder وآخرون 4. AL). على أقراص العسل في (أ) يكون عرض الحائط من 400 نانومتر، وارتفاع 20 ميكرون.= "http://www.jove.com/files/ftp_upload/3980/3980fig7large.jpg" الهدف = "_blank"> اضغط هنا لعرض أكبر شخصية.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
الزخرفة الحجرية والتحضير للركائز حافزا المركز الوطني للاستشعار واضحة وقابلة للتكرار، ومع ذلك، وتحقيق نمو متسق المركز الوطني للاستشعار يتطلب اهتماما دقيقا لكيفية تأثر ارتفاع وكثافة الغابات من قبل المركز الوطني للاستشعار نسبة الرطوبة المحيطة وحالة نمو الأنبوب. في تجربتنا، وأنماط أكبر من 1000 ميكرون 2 هي أقل حساسية للتقلبات صغيرة في ظروف التصنيع. علاوة على ذلك، كثافة من المسرحيات أنماط يؤثر على كثافة النمو وارتفاع 8. كثافة النمو وارتفاع أكبر لأنماط مع جزء التعبئة (المساحة الإجمالية للمحفز مقسوما منطقة الركيزة الكل) أكبر من ما يقرب من 20٪. أيضا، من المهم حيوي للحفاظ على نمو أنبوب تنظيف وخبز خارج الأنبوب بين معدلات النمو على التوالي لإزالة رواسب الكربون المتراكمة. يتم تنفيذ الخبز أنبوب عن طريق تسخين أنبوب لمدة 30 دقيقة في 875 درجة مئوية مع 100 SCCM من تدفق الهواء. وعلاوة على ذلك، فإن معدل نمو المركز الوطني للاستشعار تعتمدق على درجة الحرارة، وتكوين الغازات، ووقت الإقامة للغاز في الفرن. وتستند وبالتالي، فإنه غالبا ما يكون من الضروري إيجاد تجريبيا في "sweetspot" في أي نظام النمو، ووضع العينات في الإجراء لاحظ هنا sweetspot للفرن أنبوب لدينا والمعلمات العملية.
خصائص أهم من الغابات المركز الوطني للاستشعار لدينا التكثيف واللاحقة تشكيل القالب الرئيسي هي اتساقها، والتعبئة الكثافة، والتصاق إلى الركيزة. عندما يتم محفورا المجهرية المركز الوطني للاستشعار عن التعرض قصيرة إلى بلازما الأوكسجين وتتم إزالة الجزء العلوي "قشرة" من تشارك المركز الوطني متشابكة. هذه القشرة يحد من الغابات المركز الوطني للاستشعار جانبيا، وبالتالي إزالة القشرة تمكن أكبر التكثيف من تشارك المركز الوطني، ويزيد من كمية الانزلاق الذي يحدث بين تشارك المركز الوطني خلال الخطوة التكثيف. أيضا، لا يمكن ضبطها من قطر المركز الوطني للاستشعار من قبل المحفز سماكة الفيلم، والظروف التي تسبق الصلب حقن من مصدر النفط والغاز إلى فو الأمراض القلبية الوعائيةrnace 9. بواسطة ضبط الأوضاع الصلب والنقش اختياريا تشارك المركز الوطني، وضبطها ونحن على عامل التكثيف من 5X تقريبا 30X 6. و، فقد تم تعزيز التصاق لتشارك المركز الوطني لالركيزة عن طريق التبريد السريع للركائز النمو في الغلاف الجوي مباشرة بعد الانتهاء من الوقت نمو المبرمجة. يتم فتح العلبة في هذه الحالة، هو الفرن ويتم تشغيل الطاقة سخان قبالة بينما الخليط غاز النمو ما زال يتدفق من خلال أنبوب الفرن. وتناقش هذه التفاصيل بدقة في مطبوعاتنا الأخرى المذكورة في هذه الوثيقة.
من أجل تحقيق الوفاق الوطني بما يتفق التكثيف، لا بد من تجنب التكثيف مذيب المفرط على الركيزة. التكثيف المفرط يتسبب في هياكل المركز الوطني للاستشعار أن غمرت المياه، والتي يمكن أن تشوه، تتسطح، أو delaminate المجهرية حوما. المبلغ المطلوب من التكثيف إلى densify الكامل لتشارك المركز الوطني يعتمد على ارتفاع على حد سواء وكثافة المجهرية. في الممارسين لديناويتم رصد م، ومبلغ من التكثيف مذيب عن طريق حساب عدد "أمواج" من اكتساح أن مذيب عبر الركيزة. موجات ملونة تمثل أنماط تدخل بصري بسبب طبقة رقيقة من السائل المكثف على الركيزة. لالمجهرية نموذجي مع أبعاد 10-100 ميكرون، ويلزم ما بين 1 و 5 موجات في الإعداد لدينا. ولذلك، قد يتم اختيار كمية المذيب في الدورق وفقا لذلك، أو قد تتم إزالة عينة من الكأس بعد العدد المرغوب فيه من موجات قد مرت.
سيد تشكيل قالب يعتمد اعتمادا كبيرا على SU-8 التسلل وتشكيل بمركب متناهي في الصغر SU-8-المركز الوطني للاستشعار. SU-8 تسلل يمكن تحقيقه بسهولة نظرا لترطيب لتشارك المركز الوطني من قبل 8-SU. اختيار اللزوجة SU-8 وسرعات الدوران يحدد SU-8 جزء حجم ونعومة من الجدران الجانبية للهيكل الرئيسي. SU-8 الفتائل في هياكل المركز الوطني للاستشعار فردي، واعتمادا على التباعد بين الهياكل، ويجوز للشركةذبالة حتى في المسافات بين هياكل المجلس الوطني الانتقالي. وهذا قد يؤدي إلى طبقة رقيقة من SU-8 المتبقية في ما بين الهياكل المتقاربة، ويمكن ضبطها من سمك هذا الفيلم من خلال اختيار SU-8 اللزوجة وسرعة الدوران. وذكرت نتيجة سرعات الدوران في الهياكل تسللوا بشكل كامل مع ارتفاعات تتراوح بين 10 إلى 300μm ومع الجانب نسب 0،2 حتي 20. هذه الظروف عملية الحفاظ على نسيج السطح من هياكل المركز الوطني للاستشعار، أي الجوانب والسطح العلوي لا انتفاخ في الخارج مع فائض 8-SU.
صب فراغ من السلبية PDMS هي عملية قوية وتعتمد على مونومر الأولية إلى عبر رابط نسبة وشروط المعالجة. ويستخدم عبر رابط لمعظم الصب، ولكن صب الهياكل HAR (AR> 10) مع ارتفاع العائد أو هياكل reentrant يبقى التحدي: نسبة من 10:01 مونومر. هياكل تقرير العمل الإنساني تتطلب نسبة مزيج من 8:01 نظرا لصلابة وزيادة التصاق انخفاض السلبية. وقال وكيل demolding، مثلويمكن استخدام 10 silane المفلورة، لزيادة خفض قوة فصل المطلوبة، والتقليل من الضغط على المجهرية الرئيسي خلال demolding وزيادة الغلة إلى حد كبير. عندما صب المقلدة، التفريغ ليس ضروريا بسبب الخبز لفترة طويلة. تم العثور على التفريغ أن يؤدي إلى تكرار غير متناسقة، ويرجع ذلك إلى غير موحدة تبخر SU-8 مذيب.
والميزة الرئيسية لهذه التكنولوجيا الرئيسية المركز الوطني للاستشعار هو القدرة على تشكيل ملامح رئيسية قوية مع القوام الهرمي، ونسب عالية، والأشكال منحدر أو منحنية. ومع ذلك، وهذا يتطلب ضبط دقيق للظروف نمو المركز الوطني للاستشعار من أجل تحقيق موحد ومتسق أنماط بدءا، إتقان العملية من خطوة تشكيل الشعرية، وتنفيذ SU-8 خطوات تسلل والتكرار لإعطاء عالية الدقة نسخ من الأشكال الرئيسية. قد المعلمات بالضبط تختلف تبعا لهندسة الهياكل المطلوبة، وربما لا يفهم حتى كثير تكرارية ثلاثيةيتم تنفيذ المرض. وبالإضافة إلى ذلك، لأن كمية التكثيف بسبب شعري تشكيل يعتمد على كثافة واستقامة من تشارك المركز الوطني، والتنبؤ للأبعاد الدقيق لهياكل المركز الوطني للاستشعار densified تتطلب تجارب المعايرة لتحديد عامل التكثيف. ومع ذلك، قد طريقة لدينا مزايا هامة إذا ما المطلوب بمادة هرميا و / أو ميزات 3D البوليمر، و / أو إذا ما المطلوب من خصائص معززة لهياكل المجلس الوطني الانتقالي (في أي نقطة النهاية في هذه العملية). ويمكن تعزيز هذه الخصائص تشمل متانة ميكانيكية، الموصلية الحرارية أو الكهربائية من الهياكل الرئيسية، أو أية خصائص مثل المركز الوطني للاستشعار من الميزات نفسها.
في الختام، لقد أظهرنا عملية متعددة الجوانب لتشكيل المجلس الوطني الانتقالي على وجه التحديد غير متجانسة المجهرية باستخدام تشكيل الشعرية، التسلل منها، وتكرارها في وقت لاحق لهم في SU-8. في عملنا السابق نحن وأظهرت سلسلة تكرارها 25 مرات من الممكن من دونذ الأضرار التي لحقت الحد من سلبية أو الإخلاص في النسخ المتماثلة 5. لأنه يعتمد على عملية صب لنا طبق الاصل للادلاء المقلدة مجموعة متنوعة من المواد يمكن ان تستخدم في المستقبل بدلا من SU-8 بما في ذلك بو، PMMA، PDMS، والمعادن درجة حرارة منخفضة حتى. يمكن أن غيرها من إجراءات نمو المركز الوطني للاستشعار والهياكل المصنوعة من الخيوط النانوية الأخرى (على سبيل المثال، أسلاك غير العضوية، وbiofilaments) يحتمل أن تكون تخدم كإطار لرواية أبنية قالب رئيسي أيضا.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
الإعلان عن أي تضارب في المصالح.
Acknowledgments
وأيد هذا البحث من قبل برنامج Nanomanufacturing من المؤسسة الوطنية للعلوم (CMMI-0927634). وأيد دافور Copic في جزء من برنامج زمالة راكهام الاستحقاق في جامعة ميشيغان. سامح توفيق يقر دعم جزئي من زمالة راكهام Predoctoral. وقد أيد مايكل دي Volder من الصندوق البلجيكي للأبحاث العلمية - فلاندرز (FWO). تم تنفيذ Microfabrication في مرفق Nanofabrication لوري (LNF)، الذي هو عضو في شبكة تقنية النانو البنية التحتية الوطنية، وأنجز المجهر الإلكتروني في الكترون ميشيغان مختبر التحليل Microbeam (إيمال).
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 4" diameter <100> silicon wafers coated with SiO2 (300 nm) | Silicon Quest | Custom | |
| Positive photoresist | MicroChem | SPR 220-3.0 | |
| Hexamethyldisilizane (HMDS) | MicroChem | ||
| Developer | AZ Electronic Materials USA Corp. | AZ 300 MIF | |
| Sputtering system | Kurt J. Lesker | Lab 18 | Sputtering system for catalyst deposition |
| Thermo-Fisher Minimite | Fisher Scientific | TF55030A | Tube furnace for CNT growth |
| Quartz tube | Technical Glass Products | Custom | 22 mm ID × 25 mm OD 30" length |
| Helium gas | PurityPlus | He (PrePurified 300) | |
| Hydrogen gas | PurityPlus | H2 (PrePurified 300) | UHP |
| Ethylene gas | PurityPlus | C2H4 (PrePurified 300) | UHP |
| Perforated aluminum sheet | McMaster-Carr | 9232T221 | For holding sample above densification beaker |
| UV flood lamp | Dymax | Model 2000 | |
| SU-8 2002 | MicroChem | SU-8 2002 | |
| Polydimethylsiloxane (PDMS) | Dow Corning | Sylgard 184 Silicone Elastomer Kit |
References
- Xia, Y. N., Whitesides, G. M. Soft lithography. Annual Review of Materials Science. 28, 153-184 (1998).
- Xia, Y. Replica molding using polymeric materials: A practical step toward nanomanufacturing. Advanced Materials. 9, 147-149 (1997).
- Tasis, D., Tagmatarchis, N., Bianco, A., Prato, M. Chemistry of Carbon Nanotubes. Chemical Reviews. 106, 1105-1136 (2006).
- De Volder, M. Diverse 3D Microarchitectures Made by Capillary Forming of Carbon Nanotubes. Advanced Materials. 22, 4384-4389 (2010).
- Copic, D., Park, S. J., Tawfick, S., De Volder, M. F. L., Hart, A. J. Fabrication of high-aspect-ratio polymer microstructures and hierarchical textures using carbon nanotube composite master molds. Lab on a Chip. 11, 1831-1837 (2011).
- De Volder, M. F. L., Park, S. J., Tawfick, S. H., Vidaud, D. O., Hart, A. J. Fabrication and electrical integration of robust carbon nanotube micropillars by self-directed elastocapillary densification. Journal of Micromechanics and Microengineering. 21, 045033-04 (2011).
- Zhao, Z. Bending of nanoscale filament assemblies by elastocapillary densification. Physical Review E. 82, 041605 (2010).
- De Volder, M. F. L., Vidaud, D. O., Meshot, E. R., Tawfick, S., Hart, A. J. Self-similar organization of arrays of individual carbon nanotubes and carbon nanotube micropillars. Microelectronic Engineering. 87, 1233-1238 (2010).
- Nessim, G. D. Tuning of Vertically-Aligned Carbon Nanotube Diameter and Areal Density through Catalyst Pre-Treatment. Nano Letters. 8, 3587-3593 (2008).
- Pokroy, B., Epstein, A. K., Persson-Gulda, M. C. M., Aizenberg, J. Fabrication of Bioinspired Actuated Nanostructures with Arbitrary Geometry and Stiffness. Advanced Materials. 21, 463-469 (2009).
