Изобретения: струйная печать наноструктур из самособирающегося материала

Команда, состоящая из девяти исследователей из Университета Иллинойса в Урбана-Шампейн, Университета Чикаго и Университета Ханьян в Корее, смогла увеличить разрешение изготовления своих сложных структур с примерно 200 нанометров до примерно 15 нанометров. Нанометр — это миллиардная часть метра, ширина двухцепочечной молекулы ДНК.Возможность изготовления наноструктур из полимеров, ДНК, белков и других «мягких» материалов может открыть новые классы электроники, диагностических устройств и химических сенсоров. Проблема в том, что многие из этих материалов принципиально несовместимы с литографическими методами, традиционно используемыми в индустрии интегральных схем.

Недавно разработанные методы струйной печати сверхвысокого разрешения обладают некоторым потенциалом с продемонстрированным разрешением до 100-200 нанометров, но существуют значительные проблемы в достижении истинных наноразмеров. «Наша работа демонстрирует, что процессы самосборки полимеров могут помочь обойти это ограничение», — сказал Джон Роджерс, профессор кафедры материаловедения и инженерии в UIUC.Роджерс и его сотрудники сообщают о своих открытиях в сентябрьском номере журнала Nature Nanotechnology. Сочетание струйной печати с самособирающимися блок-сополимерами позволило инженерам достичь гораздо более высокого разрешения, как предложил ведущий автор Сердар Онсес, научный сотрудник UIUC. Онсес получил докторскую степень в Университете Висконсина под руководством Пола Нили, ныне профессора молекулярной инженерии Брэди У. Дугана в Калифорнийском университете в Чикаго и соавтора статьи о нанотехнологиях в Nature. «Эта концепция оказалась действительно полезной, — сказал Роджерс.

Инженеры используют самособирающиеся материалы для дополнения традиционных фотолитографических процессов, которые создают шаблоны для многих технологических приложений. Сначала они создают топографический или химический узор, используя традиционные процессы. Для статьи Nature Nanotechnology это было сделано в imec в Бельгии, независимом исследовательском центре наноэлектроники. Лаборатория Нили впервые применила этот процесс направленной самосборки блок-сополимеров с использованием химических наноразмеров.

Ближе к пределу«Разрешение химического рисунка приближается к текущему пределу традиционной фотолитографии», — отметил Лэнс Уильямсон, аспирант молекулярной инженерии в Калифорнийском университете в Чикаго и соавтор статьи в Nature Nanotechnology. «Imec может выполнять фотолитографию в таком масштабе на больших площадях с высокой точностью», — сказал Уильямсон.Вернувшись в UIUC, инженеры поместили блок-сополимер поверх этого рисунка. Блок-сополимер самоорганизуется под действием нижележащего шаблона для формирования узоров с гораздо более высоким разрешением, чем сам шаблон.

Предыдущая работа была сосредоточена на осаждении и сборке однородных пленок на каждой пластине или подложке, в результате чего получались узоры, по существу, только с одним характерным размером элемента и расстоянием между элементами. Но для практических применений могут потребоваться блок-сополимеры нескольких размеров с рисунком или пространственным размещением на пластине.

«Это изобретение, заключающееся в использовании струйной печати для нанесения различных пленок из блок-сополимеров с высоким пространственным разрешением на подложку, дает большие возможности с точки зрения дизайна и производства устройств, поскольку вы можете реализовать различные размерные структуры в одном слое», — сказал Нили. «Более того, шаблоны разных размеров могут быть направлены на сборку с использованием одного и того же или разных шаблонов в разных регионах».Преимущества электронной струйной печатиУсовершенствованная форма струйной печати, которую инженеры используют для локального нанесения блок-сополимеров, называется электрогидродинамической печатью или электронной струйной печатью, которая работает так же, как струйные принтеры, которые офисные работники используют для печати на бумаге. «Идея состоит в том, чтобы поток материалов через небольшие отверстия, за исключением того, что e-jet — это специальная версия струйных принтеров с высоким разрешением, которая может печатать детали размером до нескольких сотен нанометров», — сказал Онсес. А поскольку e-jet естественным образом справляется с жидкими чернилами, он исключительно хорошо подходит для создания рисунка из суспензий нанотрубок, нанокристаллов, нанопроволок и других типов наноматериалов.

«Самым интересным аспектом этой работы является возможность сочетать методы струйной печати« сверху вниз »с процессами самосборки« снизу вверх », что открывает новые возможности в литографии, применимые к мягким и твердым материалам. одинаково, — сказал Роджерс.«Возможности заключаются в формировании узорчатых структур из наноматериалов, чтобы обеспечить их интеграцию в реальные устройства.

Я с оптимизмом смотрю на эти возможности».


Портал обо всем