Micropunching Litografi for generering Micro-og submikron-mønstre på Polymer Underlag
Summary
En micropunching litografi tilnærming er utviklet for å generere mikro-og submikron-mønstre på toppen, sideveggen og bunn overflater av polymer underlag. Det overvinner hindringer av mønster gjennomføre polymerer og generere sidevegger mønstre. Denne metoden gir rask fabrikasjon av flere funksjoner og er fri for aggressiv kjemi.
Abstract
Gjennomføre polymerer har fått stor oppmerksomhet siden oppdagelsen av høy ledningsevne i dopet polyacetylene i 1977 1. De tilbyr fordelene med lav vekt, enkel skreddersøm av eiendommer og et bredt spekter av applikasjoner 2,3. På grunn av følsomheten for å drive polymerer til miljøforhold (f.eks luft, oksygen, fuktighet, høy temperatur og kjemisk løsninger), litografiske teknikker presentere betydelige tekniske utfordringer ved arbeid med disse materialene 4. For eksempel, dagens fotolitografiske metoder, for eksempel ultrafiolett (UV), er uegnet for mønster de gjennomføre polymerer grunn av involvering av våte og / eller tørr radering prosesser i disse metodene. I tillegg dagens mikro / nanosystemer hovedsak har planar skjema 5,6. Ett lag av strukturer er bygd på de beste overflater av et lag av fabrikkerte funksjoner. Flere lag med disse strukturene er stablet sammen for å danne tallrike enheter påen felles substrat. Sideveggen flater av mikrostrukturer har ikke vært brukt i konstruere enheter. På den annen side kan sidevegger mønstre brukes, for eksempel å bygge 3-D kretser, modifisere fluidic kanaler og direkte horisontal vekst av nanotråder og nanorør.
En macropunching metoden har vært anvendt i industrien for å skape macropatterns i en metallplate for over hundre år. Motivert av denne tilnærmingen, har vi utviklet en micropunching litografi metode (MPL) til å overvinne hindringer av mønster gjennomføre polymerer og generere sidevegger mønstre. Som macropunching metoden, inkluderer MPL også to operasjoner (Fig. 1): (i) skjæring og (ii) tegning. Den "cutting" Operasjonen ble brukt mønster tre ledende polymerer 4, og Poly polypyrrole (PpY) (3,4-ethylenedioxythiophen)-poly (4-styrenesulphonate) (PEDOT) og polyaniline (PanI). Det ble også ansatt for å skape Al mikrostrukturer 7. De fabrikkerte mikrostrukturer for å gjennomføre polymerer har vært brukt som fuktighet 8, 8 kjemisk, og glukose sensorer 9. Kombinerte mikrostrukturer av Al og gjennomføre polymerer har blitt ansatt for å dikte kondensatorer og diverse heterojunctions 9,10,11. Den "cutting" operasjon ble også brukt til å generere submikron-mønstre, for eksempel 100 – og 500-nm-wide PpY linjer samt 100-nm-wide Au ledninger. "Drawing" operasjon ble ansatt for to programmene: (i) produserer Au sidevegger mønstre på høy tetthet polyetylen (HDPE) kanaler som kan brukes for å bygge 3D mikrosystemer 12,13,14, og (ii) dikte Polydimethylsiloxane (PDMS) micropillars på HDPE underlag for å øke kontakten vinkel på kanalen 15.
Protocol
Discussion
Feilsøkingsinformasjon: Kritiske punkter i forbindelse generasjon av single-og multippel-lag micropatterns å gjennomføre polymerer og metaller ved hjelp av "cutting" operasjon: (1) Temperatur på preging sikrer flyt av mellomliggende PMMA laget som genererer optimale resultater. Det er tilrådelig å starte på den nedre grensen av området og øke temperaturen gradvis dersom ønsket resultat ikke oppnås. For høy temperatur kan føre til at ledende polymer laget for å endre sin kjemiske …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dette arbeidet ble støttet delvis gjennom NSFDMI-0508454, NSF / LEQSF (2006)-Pfund-53, NSF-CMMI-0811888, og NSF-CMMI-0900595 tilskudd.
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).
