Micropunching Lithographie zur Erzeugung von Mikro-und Submikron-Muster auf Polymersubstrate
Summary
Ein micropunching Lithographie Ansatz wurde entwickelt, um Mikro-und Submikron-Muster auf der Oberseite, Seitenwand-und Bodenflächen der Polymer-Substraten zu erzeugen. Sie überwindet die Hindernisse der Strukturierung leitfähiger Polymere und Erzeugung Seitenwand Muster. Diese Methode ermöglicht eine schnelle Fertigung von mehreren Funktionen und ist frei von aggressiven Chemie.
Abstract
Leitende Polymere sind große Aufmerksamkeit seit der Entdeckung der hohen Leitfähigkeit in dotierten Polyacetylen in 1977 1 angezogen. Sie bieten die Vorteile der niedrigen Gewicht, einfache Anpassung von Eigenschaften und einem breiten Spektrum von Anwendungen 2,3. Aufgrund der Empfindlichkeit von leitfähigen Polymeren auf Umweltbedingungen (zB Luft, Sauerstoff, Feuchtigkeit, hoher Temperatur und chemische Lösungen) präsentieren lithographische Techniken erhebliche technische Herausforderungen bei der Arbeit mit dieser Materialien 4. Zum Beispiel sind aktuelle photolithographischen Methoden, wie ultraviolette (UV), ungeeignet für die Strukturierung der leitfähigen Polymere aufgrund der Beteiligung der nassen und / oder trockene Ätzverfahren in diesen Methoden. Darüber hinaus aktuelle Mikro-/ Nanosysteme in erster Linie eine ebene Form 5,6. Eine Schicht von Strukturen auf den Oberflächen der anderen Schicht hergestellt Features. Mehrere Schichten von diesen Strukturen zusammen mit zahlreichen Geräten auf gestapelt sindeinem gemeinsamen Substrat. Die Seitenwandflächen der Mikrostrukturen nicht bei der Konstruktion verwendet worden. Auf der anderen Seite, könnte Seitenwand Muster verwendet werden, zum Beispiel, um 3-D-Schaltungen zu bauen, zu verändern Fluidik-Kanäle und direkte horizontale Wachstum der Nanodrähte und Nanoröhren.
Ein macropunching Methode wurde in der verarbeitenden Industrie angewendet worden, um macropatterns in einem Blech für mehr als hundert Jahren zu schaffen. Motiviert durch diesen Ansatz haben wir eine micropunching Lithographie-Methode (MPL), um die Hindernisse der Strukturierung leitfähiger Polymere und Erzeugung Seitenwand Muster überwinden entwickelt. Wie die macropunching Methode, die MPL enthält auch zwei Operationen (Abb. 1): (i) Schneiden, und (ii) Zeichnung. Die "Schneiden" Operation wurde auf Muster drei leitende Polymere 4, Polypyrrol (PPy), Poly (3,4-ethylenedioxythiophen)-Poly (4-styrolsulfonat) (PEDOT) und Polyanilin (PANI) aufgebracht ist. Es wurde auch verwendet, um zu erstellen Al Mikrostrukturen 7. Die gefertigten Mikrostrukturen von leitfähigen Polymeren haben als Feuchtigkeit 8, chemischen 8, 9 und Glukose-Sensoren eingesetzt. Kombinierte Mikrostrukturen von Al und leitende Polymere wurden verwendet, um Kondensatoren und verschiedenen Heteroübergänge 9,10,11 herzustellen. Das "Schneiden" Operation wurde auch eingesetzt, um Submikron-Muster, wie 100 zu generieren – und 500-nm-weiten PPy Linien sowie 100-nm breiten Au-Drähte. Die "Zeichnung" Operation wurde für zwei Anwendungen eingesetzt: (i) produzieren Au Seitenwand Muster auf Polyethylen hoher Dichte (HDPE) Kanäle, die für den Aufbau 3D-Mikrosystemen 12,13,14 verwendet werden könnten, und (ii) fabrizieren Polydimethylsiloxan (PDMS) Mikrosäulen auf HDPE Substrate zur Erhöhung der Kontaktwinkel des Kanals 15.
Protocol
Discussion
Informationen zur Fehlerbehebung: Kritische Punkte in Bezug auf Erzeugung von ein-und mehrlagige Mikrostrukturen von leitfähigen Polymeren und Metallen durch das "Schneiden" Operation: (1) Die Temperatur der Prägung sorgt Fließfähigkeit des Zwischen-PMMA-Schicht, die optimale Ergebnisse erzeugt. Es ist ratsam, an der unteren Grenze des Bereiches starten und Temperatur allmählich erhöht, wenn die gewünschten Ergebnisse nicht erreicht werden. Zu hohe Temperaturen kann die leitende Polymer…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Diese Arbeit wurde zum Teil durch NSFDMI-0508454, NSF / LEQSF (2006)-Pfund-53, NSF-CMMI-0811888 und NSF-CMMI-0900595 Zuschüsse unterstützt.
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 |
References
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