대 면적의 제작은 초박막 고분자 필름을 무료 서
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
프리 스탠딩 얇은 폴리머 필름은 5-8. 센서의 MEMS 1-3, 또는 촉매를 여과, 4 및 조직 공학을 포함한 다양한 애플리케이션에 사용된다 또한 한정하에 중합체의 기본적인 동작을 탐색 연구에 사용된다. 9- 13 프리 스탠딩 필름은 환형 링 또는 실리콘 웨이퍼 또는 유리 슬라이드 반대로 후프 같이 불연속 기판 상에지지되는 것이다. 이 작업은 큰 면적의 필름 또는 높은 처리량의 생산에 적합하다 초박막 독립 중합체 필름에 대한 간단한 반복적 인 제조 과정을 설명한다. 이 폴리 (비닐 형식), 폴리스티렌, 및 폴리 (메틸 메타 크릴 레이트)를 포함한 다른 중합체의 종류와 호환된다. 이는 13 cm의 직경만큼 클 또는 10 내지만큼 얇다 프리 스탠딩 필름을 제조하는데 사용될 수있다.
무료 서 중합체의 제조는 세 가지 기본 단계로 구성 : 1) D기존의 기판 상에 고분자 필름의 eposition 같은 지지체 상에 웨이퍼 또는 슬라이드, 2) 분리 또는 기판으로부터 막 발사, 얻어진 막의 3)로서 캡처. 이 논문은 우리가 다양한 릴리스 방법에 대한 이전 연구에서보고 된 방법에 대해 설명합니다. (14)
증착은 예컨대 스핀 코팅, 증착, 또는 딥 – 코팅과 같은 염기성 중합체 박막 기술의 임의의 수에 의해 달성 될 수있다. 이 작품에서 우리는 표준 스핀 코팅 기술을 사용한다.
기술 "에 리프트 오프 플로트는"적당한 용매 욕조에 몰입이 기술, 필름 및 기판에서 가장 흔한 그 기판에서 얇은 필름을 해제하는 방법. 15입니다. 용매가 필름을 팽윤하고, 필름을 해제하고 욕의 상단에 떠 있도록 자발적 박리를 유도한다. 최소 막 두께 수리프트를 사용하여 출시 오프 플로트 팽창에 의한 변형 에너지와 계면 박리 에너지의 균형에 의해 결정됩니다에 : 16
(1)
L은 막 두께이고, ν의 f는 필름의 포아송 비, E는 필름의 영률이다, ξ는 막의 팽윤 율이고, γ는 박리 계면 에너지이다. 수학 식에 의해 부과 된 제한을 우회하는 전형적인 방법은 (1) 필름과 증착 기판 사이에 희생 층간을 증착하는 것이다. 17-20이 층간 용매 욕에 용해하는 경우, 필름은 해제되고 지지체 상에 캡처 할 수있다 . 관련된 방법은, 희생 층 (PR) 상으로 필름의 기계적 박리를 이용하는 희생 오버 방법이며용해에 IOR. (21)
희생 물질의 사용은 몇 개의 주요한 단점을 가지고있다. 첫째, 별도의 공정 단계 및 물질의 첨가는 최적의 막 제조 조건으로 희생 물질 처리 조건 간의 타협을 필요로 할 수있다. 두 번째로, 희생 재료는 최종 프리 스탠딩 필름의 기계적 특성이나 순도에 영향을주지 않으면 서 증착하기 어려울 수있다. 셋째, 희생 물질을 증착하기위한 프로세스 최적화 전체 프리 스탠딩 필름 제조에 대해 동작으로서 모니터되어야한다. (14)
이 작품에서 우리는 얇은 필름에 사용되는 오프 플로트 기술에 리프트를 가능하게, 계면 박리 에너지를 감소 표면 개질 기술에 대해 설명합니다. 퇴적 기판은, 폴리 양이온의 polydiallyldiammonium 클로라이드 (PDAC)의 자기 한정자가 최적화 가까운 조립 단분자층에 의해 수정된다. 때문에의폴리 양이온과 기판 사이의 결합 강도는, 이러한 표면 개질은 후속 공정 단계에 강하다. 거의 단층의 형성과 자기 – 제한자가 최적화 특성은 실질적으로 제로의 최적화가 필요하고 큰 영역에 용이하게 확장 가능하다.
제거 후, 영화는 후프와 같은 지원에 포착되는 용매 목욕의 정상에 수레. 현존 문헌에 많은 관심을 부여하는 것은 아니지만, 본 연구에서 우리는 찢어짐 또는 다른 손상을 막을 확률을 감소 지지부에 대 면적의 박막을 캡쳐하는 기술을 설명한다.
Protocol
Representative Results
Discussion
PDAC 기판 처리는. 쉽게 부정적 (예를 들어, 실리콘 또는 유리) 충전이 제공 처리 할 수있는 크기의 기판을 의미, 자기 제한 정전 기적 상호 작용을 기반으로 1-2 13cm까지 매우 큰 박막 (표시도됩니다 직경)만을 변화 사용한 시약의 부피로 되,이 프로토콜을 이용하여 제조. 궁극적 인 달성 크기에만 증착 및 박리 장치 또는 프리 스탠딩 구조를 제조하는데 사용되는 …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
계약 DE-AC52-07NA27344에서 로렌스 리버모어 국립 연구소에 의해 미국 에너지 국의 후원하에 수행이 작품.
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 |
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