Herstellung von großflächigen Freistehende ultradünne Polymerfilme

Freistehenden dünnen Polymerfolien werden in einer Vielzahl von Anwendungen, einschließlich Sensoren, ^1-3 MEMs, Katalyse oder Filtration, ⁴ und Tissue Engineering ^9- eingesetzt. ^5-8 Sie sind auch für grundlegende Untersuchungen zu Verhalten von Polymeren unter Einschluss verwendet. ¹³ Ein freistehender Film ist einer, der auf einem nicht-kontinuierlichen Substrat, wie einem kreisförmigen Ring bzw. Reifen im Gegensatz zu einem Silizium-Wafer oder Glas-Objektträger abstützt. Diese Arbeit beschreibt eine einfache, reproduzierbare Herstellungsverfahren für ultradünne freistehende Polymerfolien, die für großflächige Folien oder Hochdurchsatz-Produktion ist. Es ist mit einer Vielzahl von verschiedenen Polymeren, einschließlich Poly (vinylformal), Polystyrol und Poly (methylmethacrylat) kompatibel. Es kann zur Herstellung freistehender Filme, die so groß wie 13-cm-Durchmesser oder so dünn wie 10 nm sein.

Die Herstellung von freistehenden Polymere besteht aus drei grundlegenden Schritten: 1) deposition der Polymerfilm auf einem herkömmlichen Substrat, wie ein Wafer oder ein Schieber, 2) Freisetzung oder Abheben der Folie von dem Substrat, und 3) Einfangen des resultierenden Films auf einem Träger. Dieses Papier Details ein Verfahren, das wir in einer früheren Studie über verschiedene Freigabeverfahren berichtet. ¹⁴

Abscheidung kann durch eine beliebige Anzahl von Basispolymerdünnfilmtechnologien, wie Schleuderbeschichten, Aufdampfen oder Tauchbeschichten erfolgen. In dieser Arbeit nutzen wir Standard-Spin-Coating-Techniken.

Die "lift off-Schwimmer am" -Technik ist das häufigste Verfahren zum Freigeben eines ultradünnen Films von seinem Substrat. ^15. Bei dieser Technik wird der Film und das Substrat werden in einem geeigneten Lösungsmittel eingetaucht. Das Lösungsmittel quillt die Folie und induziert spontane Delaminierung Lösen der Folie und die es an der Oberfläche des Bades zu schwimmen. Die Mindestschichtdicke dasswerden freigegeben mit Lift off-float on wird durch den Ausgleich der Grenzflächenablösung Energie mit dem Schwellen-induzierte Spannungsenergie bestimmt: ¹⁶

(1)

Wobei L die Filmdicke ist ν _f Verhältnis der Folie das Poisson-ist E der Elastizitätsmodul des Films ist ξ das Quellverhältnis des Films, und γ ist die Grenzflächenenergie der Peeling. Der typische Weg, um die Begrenzung durch die Gleichung auferlegt Bypass (1) ist es, eine Zwischenschicht zwischen der Opferschicht und dem Abscheidungssubstrat abzuscheiden. ^17-20 Wenn diese Zwischenschicht löst sich in einem Lösungsmittelbad, der Film freigegeben wird und auf einem Träger eingefangen werden, . Ein verwandtes Verfahren ist das Opfer-Deckschicht Verfahren, das mechanische Ablösen der Folie auf eine Opferschicht PR nutztIOR, um die Auflösung. ²¹

Die Verwendung von Opfermaterialien verfügt über mehrere Haupt Nachteile. Erstens kann die Abscheidung einer zusätzlichen Prozessmaterials und der Schritt, einen Kompromiss zwischen optimaler Filmherstellungsbedingungen und Opfermaterialverarbeitungsbedingungen erfordern. Zweitens kann Opfermaterialien schwierig, Anzahlung, ohne die mechanischen Eigenschaften oder Reinheit des Endprodukts freistehende Folie. Drittens muß das Verfahren zum Abscheiden der Opfermaterial optimiert und die Qualität als eine Operation der Gesamtfreistehende Filmherstellung überwachen. ¹⁴

In dieser Arbeit beschreiben wir eine Oberflächenmodifikation Technik, die die Grenzflächenablösung Energie verringert, so dass der Lift off-float on Technik für ultradünne Filme verwendet werden. Die Abscheidungssubstrat wird durch Zusammensetzen einer selbstlimitierend, selbstoptimier nahezu Monoschicht des Polykations polydiallyldiammonium Chlorid (PDAC) modifiziert. Aufgrund derStärke der Bindung zwischen dem Polykation und dem Substrat, das ist die Oberflächenmodifikation robust zu nachfolgenden Prozessschritten. Die selbstbegrenzenden und selbstoptimierende Natur des nahen Monoschichtbildung erfordert praktisch Null-Optimierung und ist leicht auf große Flächen skalierbar.

Nach der Entfernung der Film schwimmt oben auf der Lösungsmittelbad, wo es auf einem bügelförmigen Träger eingefangen. Obwohl nicht viel Aufmerksamkeit in der vorhandenen Literatur gegeben, in dieser Arbeit werden wir Techniken zur Erfassung großflächige Folien auf Stützen, die die Wahrscheinlichkeit des Reißens oder einer anderen Beschädigung der Folie zu reduzieren beschreiben.