Micropunching Litografi for Generering Mikro-og submikrometer-mønstre på polymersubstrater
Summary
En micropunching litografi fremgangsmåde er udviklet til at frembringe mikro-og submikron-mønstre på toppen, sidevæggen og bundoverfladerne af polymer-substrater. Overvinder de forhindringer mønsterdannelse ledende polymerer og generere sidevæg mønstre. Denne metode giver mulighed for hurtig fremstilling af flere funktioner og er fri for aggressive kemi.
Abstract
Ledende polymerer har tiltrukket sig stor opmærksomhed siden opdagelsen af høj ledningsevne i doteret polyacetylen i 1977 1. De giver fordelene ved lav vægt, er let at skræddersy egenskaber og et bredt spektrum af anvendelser 2,3. På grund af følsomheden af ledende polymerer til miljømæssige betingelser (f.eks luft, oxygen, fugt, høj temperatur og kemisk opløsninger), litografiske teknikker udgør betydelige tekniske problemer, når man arbejder med disse materialer 4. For eksempel er de nuværende fotolitografiske metoder, såsom ultraviolet (UV), uanvendelige til mønsterdannende de ledende polymerer på grund af involvering af våde og / eller tørætsning processer i disse metoder. Endvidere fortrinsvis aktuelle mikro / nanosystemer har en plan form 5,6. Et lag af strukturer er bygget på de øvre overflader af et andet lag af fabrikerede funktioner. Flere lag af disse strukturer er stablet sammen til dannelse af talrige indretninger tilet fælles substrat. Sidevægsdelene overflader mikrostrukturerne ikke er blevet anvendt ved konstruktion af indretninger. På den anden side kan sidevæg mønstre kan anvendes, for eksempel for at opbygge 3-D-kredsløb, modificere strømningstekniske kanaler og direkte vandret vækst af nanotråde og nanorør.
En macropunching Metoden har været anvendt i industrien for at skabe macropatterns i en metalplade i over hundrede år. Motiveret af denne fremgangsmåde, har vi udviklet en micropunching litografi metode (MPL) til at overvinde forhindringer mønster ledende polymerer og skabe sidevæggen mønstre. Ligesom macropunching fremgangsmåden også MPL indbefatter to operationer (Fig. 1): (i) skærende og (ii) tegning. Den "skæring" operation blev påført mønster tre ledende polymerer 4, polypyrrol (PPy), poly (3,4-ethylenedioxythiophen)-poly (4-styrenesulphonate) (PEDOT) og polyanilin (PANI). Det blev også anvendt til at skabe Al mikrostrukturer 7. De fremstillede mikrostrukturer af ledende polymerer er blevet anvendt som fugtighed 8, kemisk 8 og glucose sensorer 9. Kombinerede mikrostrukturer af Al og ledende polymerer er blevet anvendt til at fremstille kondensatorer og forskellige heterojunctions 9,10,11. Den "cutting" operation blev også anvendt til at generere submikrometer-mønstre, såsom 100 – og 500-nm-dækkende PpY linjer såvel som 100-nm-dækkende Au ledninger. Den "trækning" operation blev anvendt til to formål: (i) fremstilling af Au sidevæg mønstre på højdensitetspolyethylen (HDPE) kanaler, som kan anvendes til opbygning af 3D mikrosystemer 12,13,14, og (ii) fremstilling af polydimethylsiloxan (PDMS) micropillars på HDPE substrater til forøgelse af kontaktvinklen af kanalen 15.
Protocol
Discussion
Oplysninger om fejlfinding: Kritiske punkter vedrørende generation af enkelt-og multi-lag micropatterns af ledende polymerer og metaller ved hjælp af "cutting" operation: (1) temperatur prægning sikrer fluiditet af det mellemliggende PMMA lag, der skaber optimale resultater. Det er tilrådeligt at begynde ved den nedre grænse af intervallet og forøge temperaturen gradvist, hvis ønskede resultater ikke opnås. For høj temperatur kan forårsage det ledende polymerlag for at ændre dets ke…
Offenlegungen
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dette arbejde blev støttet i dels gennem NSFDMI-0508454, NSF / LEQSF (2006)-Pfund-53, NSF-CMMI-0.811.888, og NSF-CMMI-0900595 tilskud.
Materials
| Name of the reagent | Company | Catalogue number | Comments |
| PMMA | Sigma-Aldrich Co. | 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 Co. | — | 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 Co. | — | Water soluble form. Used as received. |
| Hot embossing machine | JenoptikMikrotechnik Co. | HEX 01/LT | |
| Sputter machine | Cressington Co. | 208HR | |
| FIB machine | Zeiss Co. | FIB Crossbeam 1540 XB | |
| Spin coater | Headway Reseach Co. | 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 Incorporate | — | |
| PMMA sheet | Cyro Co. | — | |
| Double-sided adhesive tape | Scotch Co. | — | |
| Single-sided tape | Delphon Co. | Ultratape # 1310 | |
| Glass micropipettes | FHC Co. | 30-30-1 | |
| Clip | Office Depot Co. | Bulldog clip | |
| Humidifier | Vicks Co. | Filter free humidifier |
Referenzen
- 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. Polymers in sensor applications. Progress in Polymer Science. 29, 699 (2004).
- 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. , (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., Mason, E. C., Weber, A. P. . Polypyrrole: A new patterning approach and applications. Polypyrrole: Properties, Performance and Applications. , (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., Martingale, J. P. . Generation of all-polymeric diodes and capacitors using an innovative intermediate-layer lithography. Progress in Solid State Electronics Research. , 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. , (2011).
- Liu, X., Luo, C. Fabrication of supe-hydrophobic channels. Journal of Micromechanics and Microengineering. 20, 25029 (2010).
- 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).
