تلفيق منطقة كبيرة قائمة بذاتها سامسونج بوليمر أفلام

Summary

We describe a method for the fabrication of large-area (up to 13 cm diameter) and ultrathin (as thin as 8 nm) polymer films. Instead of using a sacrificial interlayer to delaminate the film from its substrate, we use a self-limiting surface treatment suitable for arbitrarily large areas.

Abstract

This procedure describes a method for the fabrication of large-area and ultrathin free-standing polymer films. Typically, ultrathin films are prepared using either sacrificial layers, which may damage the film or affect its mechanical properties, or they are made on freshly cleaved mica, a substrate that is difficult to scale. Further, the size of ultrathin film is typically limited to a few square millimeters. In this method, we modify a surface with a polyelectrolyte that alters the strength of adhesion between polymer and deposition substrate. The polyelectrolyte can be shown to remain on the wafer using spectroscopy, and a treated wafer can be used to produce multiple films, indicating that at best minimal amounts of the polyelectrolyte are added to the film. The process has thus far been shown to be limited in scalability only by the size of the coating equipment, and is expected to be readily scalable to industrial processes. In this study, the protocol for making the solutions, preparing the deposition surface, and producing the films is described.

Introduction

وتستخدم الأفلام البلاستيكية ورقيقة قائمة بذاتها في مجموعة متنوعة من التطبيقات بما في ذلك أجهزة الاستشعار، ^1-3 ممس، الحفز أو الترشيح، ⁴ وهندسة الأنسجة. ^5-8 كما أنها تستخدم للدراسات الأساسية استكشاف سلوك البوليمرات تحت الحبس. ^{9- 13} فيلم قائم بذاته هو واحد معتمد على ركيزة غير مستمرة مثل حلقة حلقية أو طارة بدلا من رقاقة السيليكون أو شريحة زجاجية. يصف هذا العمل إجراء بسيط ويمكن تكرارها لتصنيع سامسونج والأفلام البلاستيكية وقائمة بذاتها التي هي مناسبة للأفلام مساحة واسعة أو إنتاج عالية الإنتاجية. وهو متوافق مع مجموعة متنوعة من البوليمرات المختلفة، بما في ذلك بولي (فينيل الرسمي)، البوليسترين، وبولي (ميتاكريليت الميثيل). ويمكن استخدامه لصنع الأفلام بذاتها التي هي كبيرة مثل 13 سم القطر أو رقيقة مثل 10 نانومتر.

تصنيع البوليمرات قائم بذاته يتكون من ثلاث خطوات أساسية: 1) دeposition من فيلم البوليمر على ركيزة التقليدية مثل رقاقة أو شريحة، 2) إطلاق سراح أو الاقلاع من الفيلم من الركيزة، و3) القبض على الفيلم الناتج على الدعم. تفاصيل هذه الورقة إجراء من شأنه أن ذكرنا في دراسة سابقة على أساليب الإفراج المختلفة. ¹⁴

لا يمكن أن يتحقق ترسب من قبل أي عدد من التقنيات الأساسية البوليمر رقيقة فيلم مثل تدور طلاء، ترسب البخار، أو تراجع الطلاء. في هذا العمل، نحن نستخدم تقنيات تدور طلاء القياسية.

و"تعويم خارج المصعد على" الأسلوب هو الأسلوب الأكثر شيوعا للإفراج عن فيلم سامسونج من ركيزة لها. ¹⁵ في هذه التقنية، الفيلم، والركيزة مغمورة في حمام مذيب مناسب. المذيب تتضخم الفيلم، ويدفع التبطين عفوية، والإفراج عن الفيلم، والسماح لها أن تطفو على الجزء العلوي من الحمام. سمك الفيلم الحد الأدنى الذي يمكنسيتم الافراج عن استخدام المصعد خارج تطفو على يتحدد التوازن بين الطاقة تقشير بينية مع الطاقة السلالة التي يسببها الورم: ¹⁶

(1)

حيث L هو سمك الفيلم، ν _و هي نسبة بواسون من الفيلم، وE هو معامل يونغ من الفيلم، ξ هو نسبة تورم في الفيلم، وγ هي الطاقة بينية من تقشير. الطريقة النموذجية لتجاوز قيود التي تفرضها المعادلة (1) هو إيداع البينية الأضاحي بين الفيلم والركيزة الترسيب. ^17-20 عندما يذوب هذا البينية في حمام المذيبات، والإفراج عن الفيلم، ويمكن الحصول عليها على الدعم . وهناك طريقة ذات الصلة هو الأسلوب overlayer القرباني، الذي يستخدم التقشير الميكانيكي للفيلم على طبقة العلاقات العامة الأضاحيIOR إلى حل. ²¹

استخدام المواد فداء لديها العديد من العوائق الرئيسية. أولا، من خلال إضافة مواد عملية إضافية وخطوة قد تتطلب حلا وسطا بين أفضل الظروف فيلم تلفيق وشروط تجهيز المواد فداء. ثانيا، قد تكون المواد الأضاحي الصعب الودائع دون التأثير على الخواص الميكانيكية أو نقاء الفيلم قائم بذاته النهائي. ثالثا، يجب أن يكون الأمثل عملية إيداع المواد الأضاحي ومراقبة للجودة باعتبارها عملية في العام بذاتها فيلم تلفيق. ¹⁴

في هذا العمل، وصفنا تقنية تعديل السطح أن يقلل من الطاقة تقشير بينية، مما يساعد على رفع خارج تطفو على تقنية لاستخدامها في الأفلام سامسونج. يتم تعديل الركيزة ترسب عن طريق تجميع ذاتي محدود،-تحسين الذات بالقرب من أحادي الطبقة من كلوريد polycation polydiallyldiammonium (PDAC). بسببقوة الربط بين polycation والركيزة، هذا التعديل سطح قوي لخطوات عملية لاحقة. طبيعة الذاتي الحد وتحسين الذات من تشكيل شبه أحادي الطبقة يتطلب عمليا الصفر الأمثل وغير قابلة بسهولة إلى مناطق واسعة.

بعد إزالة، الفيلم يتحرك إلى الجزء العلوي من الحمام المذيبات حيث تم القبض على دعم مثل طوق. في حين لم تعط اهتماما كبيرا في الأدب موجود في هذا العمل سنقوم بشرح التقنيات لالتقاط أفلام مساحة واسعة على الدعم الذي يقلل من احتمال حدوث تمزق أو تلف وإلا فإن الفيلم.

Protocol

1. إعداد الحل تصفية 60 غرام من إيثيل اللاكتات باستخدام حقنة ومرشح حقنة 0.20 ميكرون. إضافة 0.3 غرام من البولي فينيل الرسمي لاكتات الإيثيل. ضع المحلول في الفرن على 50 درجة مئوية لمدة 4 ساعات. هز قارورة برفق لمعرفة ما إذا كان حل ا…

Representative Results

ويبين الشكل 1 مثال على فيلم البوليمر رقيقة خالية من يقف على مساحة واسعة. كانت ملفقة هذا 55 نانومتر البولي فينيل سميكة فيلم رسمي باستخدام الإجراء الموضح هنا وهي التي شنت على 13 سم، وقطره الصلب الطوق. والتبطين يحدث على مساحات واسعة دون إدخال العيوب التي تؤدي إلى ?…

Discussion

يستند العلاج الركيزة PDAC على الذاتي الحد التفاعلات كهرباء، وهذا يعني ركائز من أي حجم يمكن علاجه بسهولة شريطة أن تكون سالبة الشحنة (على سبيل المثال، والسيليكون أو الزجاج). أرقام 1-2 يبين الأغشية الرقيقة كبيرة جدا (تصل إلى 13 سم في القطر) ملفقة باستخدام هذا ال…

Materials

Vinylec E	SPI
ethyl lactate, >98%, FCC, FG,	Sigma-Aldrich	W244007-1KG-K
4" silicon wafers <100>, Single side polished	International Wafer Service
sulfuric acid, 98%, ACS reagent grade	Sigma-Aldrich	320501-6X500ML
hydrogen peroxide, 30%, semiconductor grade	Sigma-Aldrich	316989-3.7L
isopropanol, ACS grade, 4 L	Fisher Scientific	A464-4
dichloromethane, ACS grade	Alfa-Aesar	22917
deionized water , distilled
PDAC reagent (Sigma-Aldrich 409014)	Sigma-Aldrich	409014
Spin Coater	Laurell Technologies	WS-650-23
Barnstead/Thermolyne Super Nuova explosion-proof hot plate
explosion-proof forced air oven	VWR	1330 FMS
balance with a range of 1 mg to 1020 g	Mettler Toledo	MS1003S
reflectance spectrometer	Filmetrics	F20-UV
manipulator consisting of a Klinger tilt stage, a Brinkman rack-and-pinion and a lab jack
Cutting tool/template, LLNL-built, no drawings
straight edge, LLNL, no drawings
Tent hoop, LLNL
culture dish 190 mm x 100 mm, Pyrex	VWR
20 ml beaker, Pyrex	VWR
250 ml beaker, Pyrex	VWR
1000 ml beaker, Pyrex	VWR
60 ml glass vial with plastic stopper	VWR
petri dish, 150 mm diameter x2, Pyrex	VWR
600 ml beaker x2, Pyrex	VWR
tweezers, stainless steel
cutting blade	Exacto
clean room wipes	Contec	PNHS-99
polyester knit 9/91 IPA/DI water wipes	Contec	Prosat
Fluoroware wafer trays	Ted Pella	1395-40
Nylon Micro fiber (camel hair)
Disposable BD 3-mL plastic syringe	VWR
0.2 um  Luer-lock PTFE filters	Acrodisc
0.45 um  Luer-lock PTFE filters	Acrodisc