Micropunching Litografi för att generera Micro-och submikron-mönster på polymersubstrat
Summary
En micropunching litografi tillvägagångssätt har utvecklats för att generera mikro-och submikron-mönster ovanpå, sidoväggen och bottenytor polymersubstrat. Den övervinner de hinder som mönstring ledande polymerer och generera sidovägg mönster. Denna metod möjliggör snabb tillverkning av flera funktioner och är fri från aggressiva kemi.
Abstract
Ledande polymerer har rönt stor uppmärksamhet sedan upptäckten av hög ledningsförmåga i dopad polyacetylen i 1977 1. De erbjuder fördelarna av låg vikt, är lätt att skräddarsy egenskaperna och ett brett spektrum av tillämpningar 2,3. På grund av känslighet ledande polymerer till miljöförhållanden (t.ex. luft, syre, fukt, hög temperatur och kemisk lösningar), litografiska metoder ger betydande tekniska utmaningar när man arbetar med dessa material 4. Exempelvis är nuvarande fotolitografiska metoder, såsom ultraviolett (UV), är olämpliga för mönstring av ledande polymerer på grund av inblandning av våt-och / eller torr etsningsprocesser i dessa metoder. Dessutom, aktuella mikro / nanosystem har huvudsakligen en plan form 5,6. Ett skikt av strukturer är byggd på de övre ytorna av ett annat skikt av fabricerade funktioner. Multipla skikt av dessa strukturer är staplade tillsammans för att bilda ett flertal enheter påett gemensamt substrat. Sidoväggsytorna av mikrostrukturerna har inte använts för att konstruera anordningar. Å andra sidan kan sidoväggarna mönster användas till exempel för att bygga upp 3-D kretsar, ändra fluidic kanaler och direkta horisontella tillväxt av nanotrådar och nanorör.
En macropunching metod har tillämpats i tillverkningsindustrin att skapa makromönster i en plåt i över hundra år. Motiverad av detta tillvägagångssätt har vi utvecklat en micropunching litografi metod (MPL) för att övervinna de hinder som mönstring ledande polymerer och generera sidovägg mönster. Liksom macropunching metoden innehåller MPL även två operationer (Fig. 1): (i) skär, och (ii) ritning. Den "skärande"-operation applicerades på mönstret tre ledande polymerer 4, polypyrrol (PPy), poly (3,4-ethylenedioxythiophen)-poly (4-styrenesulphonate) (PEDOT) och polyanilin (PANI). Det användes också för att skapa Al mikrostrukturer 7. De framställda mikrostrukturer av ledande polymerer har använts som fuktigheten 8, 8 kemisk och glukos-sensorer 9. Kombinerade mikrostrukturer av Al och ledande polymerer har använts för att tillverka kondensatorer och olika heterojunctions 9,10,11. Den "skär" operation också för att skapa submikron-mönster, såsom 100 – och 500-nm hela PPy linjer samt 100-nm-nivå Au ledningar. Den "teckning" operation användes för två applikationer: (i) ger Au sidovägg mönster på polyeten med hög densitet (HDPE) kanaler som kan användas för att bygga 3D mikrosystem 12,13,14, och (ii) tillverka polydimetylsiloxan (PDMS) mikropinnar på HDPE substrat för att öka kontaktvinkeln hos kanalen 15.
Protocol
Discussion
Information om felsökning: Kritiska punkter rörande generation av enkel-och multipla lager micropatterns av ledande polymerer och metaller med hjälp av "cutting" operation: (1) Temperatur prägling säkerställer rörligheten på mellanliggande PMMA skikt som ger optimala resultat. Det är lämpligt att börja på den nedre gränsen av intervallet och öka temperaturen successivt om så önskas resultat inte uppnås. Alltför hög temperatur kan orsaka det ledande polymerskiktet för att ä…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Detta arbete stöddes bland annat genom NSFDMI-0508454, NSF / LEQSF (2006) Pfund-53, NSF-CMMI-0.811.888 och NSF-CMMI-0900595 bidrag.
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).
