Micropunching Lithografie voor het genereren van Micro-en Submicron-patronen op polymeersubstraten
Summary
Een micropunching lithografie wordt aangepakt micro-en submicron-patronen op, zijwand en onderkant van polymeersubstraten genereren. Het overwint de obstakels van patronen geleidende polymeren en het genereren van zijwand patronen. Deze methode maakt een snelle fabricage van meerdere functies en is vrij van agressieve chemie.
Abstract
Geleidende polymeren hebben aangetrokken veel aandacht sinds de ontdekking van een hoge geleidbaarheid in gedoteerde polyacetyleen in 1977 1. Zij bieden het voordeel van een laag gewicht, gemakkelijk afstemming van eigenschappen en een breed spectrum van toepassingen 2,3. Vanwege de gevoeligheid van geleidende polymeren aan milieu-omstandigheden (bv lucht, zuurstof, vocht, hoge temperaturen en chemische oplossingen), lithografische technieken bieden grote technische uitdagingen bij het werken met deze materialen 4. Bijvoorbeeld huidige fotolithografische methoden, zoals ultra-violet (UV), zijn ongeschikt voor de patronen geleidende polymeren door de betrokkenheid van water en / of droog etsprocessen in deze methoden. Bovendien is de huidige micro / nanosystemen vooral een vlakke vorm 5,6. Een laag van structuren is gebaseerd op de bovenvlakken van de andere laag van gefabriceerde elementen. Meerdere lagen van deze structuren worden samen gestapeld tot tal van apparaten te vormen opeen gemeenschappelijk substraat. De zijwand oppervlakken van de microstructuren niet zijn gebruikt in de bouw van apparaten. Anderzijds kan zijwand patronen worden gebruikt, bijvoorbeeld 3-D circuits bouwen passen vloeibare kanalen rechtstreeks horizontaal groeit nanodraden en nanobuisjes.
Een macropunching methode is toegepast in de industrie naar de macropatterns in een plaat te maken voor meer dan honderd jaar. Gemotiveerd door deze aanpak hebben we een micropunching lithografie methode (MPL) om de obstakels van patronen geleidende polymeren en het genereren van zijwand patronen te overwinnen. Net als de macropunching methode, MPL ook twee bewerkingen (Fig. 1): (i) snijden en (ii) tekening. De "snijden" werd toegepast patroon drie geleidende polymeren 4 polypyrrool (PPY), poly (3,4-ethylenedioxythiophen)-poly (4-styrenesulphonate) (PEDOT) en polyaniline (PANI). Ook werd gebruikt om maken Al microstructuren 7. De gemaakt microstructuur van geleidende polymeren zijn gebruikt als vochtigheid 8 chemische 8 en glucose sensoren 9. Gecombineerd microstructuren van Al en geleidende polymeren zijn gebruikt om condensatoren en diverse heterojuncties 9,10,11 fabriceren. De "snijden" operatie werd ook toegepast op submicron-patronen, zoals 100 te genereren – en 500-nm-brede PPY lijnen en 100-nm-brede Au draden. De "tekening" werd gebruikt voor twee toepassingen: (i) Au zijwand patronen produceren van hoge dichtheid polyetheen (HDPE) kanalen die kunnen worden gebruikt voor het bouwen 3D microsystemen 12,13,14, en (ii) fabriceren polydimethylsiloxaan (PDMS) micropillars op HDPE substraten de contacthoek van het kanaal 15 te verhogen.
Protocol
Discussion
Problemen oplossen informatie: Kritische punten met betrekking tot generatie van enkel-en meerlaags micropatterns van geleidende polymeren en metalen met behulp van de "cutting" bedrijf: (1) Temperatuur van reliëf zorgt voor doorstroming van de tussenliggende PMMA laag die optimale resultaten genereert. Het is raadzaam om te beginnen op de ondergrens van het assortiment en geleidelijk te verhogen temperatuur als gewenste resultaten niet worden gehaald. Te hoge temperatuur kan de geleidende po…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dit werk werd mede ondersteund door middel van NSFDMI-0508454, NSF / LEQSF (2006)-Pfund-53, NSF-CMMI-0811888, en NSF-CMMI-0900595 subsidies.
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).
