Micropunching ליתוגרפיה לייצור מיקרו submicron דפוסי פולימר על מצעים
Summary
הגישה ליתוגרפיה micropunching מפותח כדי ליצור מיקרו submicron דפוסי למעלה, דפנות ומשטחים התחתון של פולימר מצעים. הוא מתגבר על המכשולים של דפוסים מנהלת פולימרים ויצירת דפוסי דפנות. שיטה זו מאפשרת ייצור מהיר של תכונות מרובות ללא כימיה אגרסיבי.
Abstract
פולימרים מוליכים, משכו תשומת לב רבה מאז גילוי מוליכות גבוהה polyacetylene מסוממים בשנת 1977 1. הם מציעים את היתרונות של משקל נמוך, תפירה קלה של נכסים קשת רחבה של יישומים 2,3. בשל הרגישות של ניצוח פולימרים לתנאי הסביבה (למשל, אוויר, פתרונות, חמצן, לחות, טמפרטורה כימית גבוהה), טכניקות ליתוגרפיות להציג אתגרים טכניים משמעותיים בעבודה עם חומרים אלה 4. לדוגמה, שיטות photolithographic הנוכחי, כמו אולטרה סגול (UV), הם מתאימים את פולימרים מוליכים דפוסים בשל מעורבותם של תהליכים תחריט רטוב ו / או יבש בשיטות אלה. בנוסף, כיום מיקרו / ננו בעיקר יש צורה מישוריים 5,6. שכבה אחת של מבנים בנוי על פני השטח העליונים של שכבה נוספת של תכונות מפוברק. מספר שכבות של מבנים אלה נערמים יחד ליצירת מכשירים רבים עלמצע משותף. משטחים את דפנות של microstructures לא נעשה שימוש במכשירים בניית. מצד שני, דפוסי דפנות יוכל לשמש, למשל, לבנות 3-D מעגלים, לשנות ערוצי fluidic וצמיחה אופקית ישירה של nanowires ואת צינורות.
שיטת macropunching הוחל בענף התעשייה כדי ליצור macropatterns במתכת גיליון במשך 100 שנים. מונעים על ידי גישה זו, פיתחנו שיטת ליתוגרפיה micropunching (MPL) כדי להתגבר על המכשולים של דפוסים פולימרים מוליכים ויצירת דפוסי דפנות. כמו בשיטה macropunching, MPL כולל גם שני ניתוחים (איור 1): (i) חיתוך, וכן (ב) ציור. מבצע "חיתוך" היה מוחל על שלושה פולימרים מוליכים דפוס 4, polypyrrole (PPy), פולי (3,4-ethylenedioxythiophen)-Poly (4-styrenesulphonate) (PEDOT) ו polyaniline (פאני). הוא הועסק גם ליצור microstructures אל 7. Microstructures את מפוברק של ניצוח פולימרים שימשו 8 לחות, כימיקלים 8, וגלוקוז חיישנים 9. Microstructures בשילוב של אל על פולימרים מוליכים להיות מועסק לפברק קבלים heterojunctions שונים 9,10,11. מבצע "חיתוך" יושם גם כדי ליצור submicron דפוסי כמו 100 – 500 ננומטר רחב קווי PPy כמו גם 100 ננומטר רחב חוטי Au. מבצע "ציור" הועסק על שני יישומים: (i) לייצר ב"או דפוסי דפנות על פוליאתילן בצפיפות גבוהה (HDPE) ערוצים אשר יכול לשמש לבניית 3D מיקרוסיסטמס 12,13,14, ו – (ב) להמציא polydimethylsiloxane (PDMS) micropillars על מצעים HDPE להגדיל את זווית המגע של ערוץ 15.
Protocol
Discussion
מידע פתרון בעיות: נקודות קריטיות לגבי דור micropatterns יחיד ו מרובה שכבה של מנהלים פולימרים ומתכות באמצעות מבצע "חיתוך": (1) טמפרטורה של הבלטות מבטיחה נזילות של שכבת ביניים PMMA אשר מייצר תוצאות אופטימליות. מומלץ להתחיל לגבול התחתון של טווח ולהגדיל את הטמפרטורה…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
עבודה זו נתמכה בחלקה על ידי NSFDMI-0508454, NSF / LEQSF (2006), Pfund-53, NSF-CMMI-0811888, ו-NSF-CMMI-0900595 מענקים.
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
- 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).
