Fabbricazione di ampia superficie Free-standing ultrasottili film polimerici

Free-standing film polimerici sottili sono utilizzati in una vasta gamma di applicazioni, tra cui sensori, ^1-3 MEM, la catalisi o filtrazione, ⁴ e ingegneria dei tessuti. ^5-8 sono utilizzati anche per studi fondamentali che esplorano il comportamento dei polimeri in ambiente confinato. ^{9- 13} Un film autoportante è uno che è supportato su un substrato non continua, come un anello o cerchio al contrario di un wafer di silicio o vetrino. Questo lavoro descrive una procedura semplice e ripetibile per la fabbricazione di film free-standing polimeri ultrasottili che è adatto per i film di grande superficie e produzione high-throughput. È compatibile con una varietà di diversi polimeri, tra poli (vinil formale), polistirene, e poli (metil metacrilato). Può essere usato per fabbricare pellicole autoportanti che sono grandi come diametro di 13 cm o più sottile 10 nm.

La fabbricazione dei polimeri free-standing si compone di tre fasi fondamentali: 1) deposition del film polimerico su un substrato tradizionale come un wafer o slitta, 2) rilascio o decollo del film dal substrato, e 3) la cattura del film risultante su un supporto. Dettagli Questo articolo una procedura che abbiamo riportato in un precedente studio sui vari metodi di rilascio. ¹⁴

Deposizione può essere ottenuta con qualsiasi numero di tecnologie di base di polimeri film sottile come spin-coating, deposizione di vapore, o dip-coating. In questo lavoro, utilizziamo le tecniche di spin-rivestimento standard.

Il "float off-lift a" tecnica è il metodo più comune per rilasciare un film ultrasottile dal suo substrato. ¹⁵ In questa tecnica, il film ed il substrato sono immersi in un bagno di solvente adatto. Il solvente si gonfia il film e induce delaminazione spontanea, rilasciando il film e che galleggi all'inizio del bagno. Lo spessore minimo del film che puòessere rilasciato con lift off-galleggiante è determinata equilibrando l'energia peeling interfacciale con l'energia di deformazione gonfiore indotta: ¹⁶

(1)

Dove L è lo spessore del film, ν _f è il coefficiente di Poisson del film, E è il modulo di Young del film, ξ è il rapporto di rigonfiamento del film, e γ è l'energia interfacciale di peeling. Il modo tipico per bypassare la limitazione imposta dalla equazione (1) è di depositare uno strato intermedio sacrificale tra il film ed il substrato di deposizione. ^17-20 Quando questo interstrato dissolve in solvente, il film viene rilasciato e può essere catturato su un supporto . Un relativo metodo è il metodo sovrastrato sacrificale, che utilizza peeling meccanica del film su uno strato sacrificale prIOR alla dissoluzione. ²¹

L'utilizzo di materiali sacrificali ha diversi svantaggi principali. In primo luogo, l'aggiunta di un materiale di processo supplementare e passaggio potrebbe richiedere un compromesso tra le condizioni ottimali pellicola di fabbricazione ed alle condizioni di materiale sacrificale. In secondo luogo, i materiali sacrificali possono essere difficili da deposito senza alterare le proprietà meccaniche o la purezza del film free-standing finale. In terzo luogo, il procedimento per depositare il materiale sacrificale deve essere ottimizzato e monitorati per la qualità come un'operazione nel free-standing pellicola fabbricazione complessiva. ¹⁴

In questo lavoro, si descrive una tecnica di modifica della superficie che riduce l'energia peeling interfacciale, consentendo il decollo flottante sulla tecnica da utilizzare per i film ultrasottili. Il substrato di deposizione viene modificato con l'assemblaggio di un auto-limitata, auto-ottimizzante quasi monostrato del cloruro policatione polydiallyldiammonium (PDAC). A causa dellaforza del legame tra il policatione e il substrato, questa modifica superficie è robusta a successive fasi di processo. La natura auto-limitante e di auto-ottimizzazione della formazione quasi monostrato richiede praticamente a zero l'ottimizzazione ed è facilmente scalabile per grandi aree.

Dopo la rimozione, il film galleggia alla parte superiore della vasca del solvente in cui viene catturato su un supporto telaio simile. Mentre non dato molta attenzione nella letteratura esistente, in questo lavoro si descrivono tecniche per catturare film di grande superficie su supporti che riducono la probabilità di strappo o altrimenti danneggiare la pellicola.