Fabricage van Groot-area Vrijstaande Ultradunne Polymer Films

Vrijstaande dunne polymeerfilms worden gebruikt in diverse toepassingen zoals sensoren, ^1-3 MEMs katalyse of filtratie, ⁴ en weefseltechnologie. ^5-8 Ze worden ook gebruikt voor de fundamentele studies van polymeren onder opsluiting verkennen. ^{9- 13} Een vrijstaande film is er een die wordt ondersteund op een niet-continue substraat, zoals een ring of band in plaats van een siliciumwafel of een glasplaatje. Het beschrijft een eenvoudige, reproduceerbare fabricageprocedure voor ultradunne vrijstaande polymeerfilms die geschikt is voor grote oppervlakken films of high-throughput productie. Het is compatibel met een groot aantal verschillende polymeren, zoals poly (vinylformal), polystyreen en poly (methylmethacrylaat). Het kan gebruikt worden voor vrijstaande films die zo groot als 13-cm diameter of zo dun als 10 nm fabriceren.

De fabricage van vrijstaande polymeren bestaat uit drie stappen: 1) deposition polymeerfilm op een traditionele substraat zoals een wafel of slide, 2) afgifte of lancering van de film van het substraat, en 3) opname van de resulterende folie op een drager. Deze paper Gegevens een procedure die we gemeld in een eerdere studie over de verschillende methoden release. ¹⁴

Afzetting kan door elk aantal basispolymeer dunne filmtechnologie zoals spin-coating, vapor deposition of dip-coating. In dit werk, maken we gebruik van standaard spin-coating technieken.

De "lift-off float on" techniek is de meest gebruikte methode voor het vrijmaken van een ultradunne film van het substraat. ¹⁵ In deze techniek worden de film en het substraat ondergedompeld in een geschikt oplosmiddel bad. Het oplosmiddel zwelt de folie en induceert spontane delaminatie, loslaten van de film en waardoor het naar boven drijven van het bad. De minimale filmdikte die kunnenworden vrijgegeven met behulp van een lift off-drijven op wordt bepaald door het balanceren van de grensvlak peeling energie met de zwelling geïnduceerde stam energie: ¹⁶

(1)

Waarbij L de filmdikte, ν _f verhouding van de film de Poisson, E de Young's modulus van de film, ξ is de zwelverhouding van de film en γ de grensvlakenergie van schillen. De typische manier om de opgelegde beperkingen te omzeilen door Vergelijking (1) is een op te offeren tussenlaag deponeren tussen de film en het substraat afzetten. ^17-20 Wanneer deze tussenlaag oplost in een oplosmiddelbad, de film wordt losgelaten en kan worden vastgelegd op een drager . Een verwante methode is het offer afdeklaag methode, die mechanische peeling van de film maakt gebruik op een offerlaag prIOR tot ontbinding. ²¹

Het gebruik van offer materialen heeft een aantal chief nadelen. Ten eerste kan de toevoeging van een extra stap te breken materiaal en een compromis tussen optimale filmvervaardiging omstandigheden offeren materiaal en bewerkingsomstandigheden vereisen. Ten tweede kan offeren materiaal moeilijk tot deponeren zonder dat de mechanische eigenschappen of de zuiverheid van het uiteindelijke vrijstaande film. Ten derde moet de werkwijze voor het afzetten van het te offeren materiaal worden geoptimaliseerd en gecontroleerd op kwaliteit als een operatie in het algemeen vrijstaande filmvervaardiging. ¹⁴

In dit werk beschrijven we een oppervlaktemodificatie techniek die het grensvlak peeling energie afneemt, waardoor de lift off-float on techniek gebruiken voor ultradunne films. De afzetting substraat wordt gewijzigd door het samenstellen van een self-beperkte, zelfoptimaliserend buurt-monolaag van het polykation polydiallyldiammonium chloride (PDAC). Door desterkte van de binding tussen het polykation en het substraat, dit oppervlaktemodificatie robuust latere processtappen. De self-limiting en zelf-optimalisatie karakter van de buurt-monolaag vorming vereist praktisch nul optimalisatie en is gemakkelijk schaalbaar naar grote gebieden.

Na verwijdering, de film boven drijven van de oplosmiddelbad waar het wordt gevangen op een ring-achtige ondersteuning. Hoewel niet veel aandacht besteed in de bestaande literatuur in dit werk wij technieken beschrijven om volgroeide oppervlaktegebonden films op steunen die de waarschijnlijkheid van scheuren of anderszins beschadigen van de film verminderen.