金屬納米顆粒通過水基剝離方案使用嵌段共聚物模板

引言

隨著納米結(jié)構(gòu)表面和界面在廣泛的科學(xué)和技術(shù)應(yīng)用中變得越來越重要，確定可擴(kuò)展和廉價(jià)的方法來實(shí)現(xiàn)這些變成了一個(gè)關(guān)鍵的挑戰(zhàn)。特別是有序、非密集、表面支撐的金屬納米顆粒的大面積陣列的制造，由于其在不同領(lǐng)域如等離子體增強(qiáng)薄膜太陽能電池中的應(yīng)用，已經(jīng)獲得了廣泛的興趣。為此，我們可以使用BCP薄膜，其能夠自發(fā)地采用包含離散納米疇的周期性形態(tài)。

因?yàn)樵谶@種情況下圖案的產(chǎn)生是通過分子自組裝實(shí)現(xiàn)的，所以包含密集封裝的納米尺寸特征的BCP模板可以以快速、可擴(kuò)展和廉價(jià)的方式實(shí)現(xiàn)。然而，先決條件是組成聚合物嵌段在一種或多種性質(zhì)上足夠不同，從而允許差異和目標(biāo)納米平版印刷加工。目前英思特已經(jīng)證明了使用BCPs結(jié)合更常規(guī)的納米制造技術(shù)來產(chǎn)生金屬NP陣列的幾種策略。

實(shí)驗(yàn)與討論

通過在室溫(21℃)下混合hPS、PS-b-P2VP和甲苯，將密封小瓶加熱至60℃并保持該溫度，持續(xù)攪拌60分鐘。在確定RIE I-III中選擇的堆材料的標(biāo)稱時(shí)間平均er和ER選擇性時(shí)，英思特進(jìn)行了一些初步的RIE試驗(yàn)。

在灰化(高功率，2分鐘)Si(100)晶片后，通過旋涂(6000 rpm)施加PVA層，然后軟烘烤(110℃，4分鐘)。接下來，在旋涂(6000rpm)BCP膜之前，通過電子束蒸發(fā)沉積一層SiOx并灰化(低功率，2分鐘)。

在嘗試預(yù)期的剝離方案之前，英思特對選定的RIE I-III工藝進(jìn)行了評估，其明確目的是建立我們所選材料的ER，并驗(yàn)證可以實(shí)現(xiàn)材料之間足夠高的ER再現(xiàn)性和選擇性。為了證明BCP膜中的SISR誘導(dǎo)的浮雕圖案確實(shí)可以轉(zhuǎn)移到下面的SiOx層，我們使用標(biāo)準(zhǔn)的SiO2 RIE配方，將35nm min-1的ER應(yīng)用于一系列堆疊的樣品。

圖1：掃描電鏡檢查的HSQ層在一個(gè)堆棧中的初組成

我們觀察到HSQ層的圖案化，研究解釋為SISR沒有產(chǎn)生完全開放的孔(圖1)。SISR包括室溫下將樣品浸入乙醇30分鐘，然后用N2槍干燥。由于所應(yīng)用的RIE配方包含氧，所以它可能不太適合于實(shí)現(xiàn)高ER SiOx和BCP模板之間的選擇性。

因此，BCP到SiOx圖案的轉(zhuǎn)移被分成兩個(gè)連續(xù)的步驟:(1)初始的“去浮渣”步驟(RIEI)，（2）在專用無氧SiOx蝕刻(RIE)之前，除去BCP孔底部的殘留聚合物。

結(jié)論

英思特展示了使用(PS-b-P2VP+hPS)/SiOx/PVA疊層產(chǎn)生表面支撐金屬NP陣列的水基剝離方案。BCP薄膜采用了在PS基質(zhì)中由六邊形有序、非緊密堆積的P2VP球體單層組成的形態(tài)。由此獲得由P2VP疇中的凹陷組成的表面浮雕圖案，并隨后通過一系列RIE步驟轉(zhuǎn)移到下面的SiOx和PVA層。

通過使用相當(dāng)薄的BCP模板產(chǎn)生的包含垂直取向的高縱橫比納米孔陣列的大面積分層光刻掩模，在金屬沉積之后，將犧牲PVA層溶解在水中，實(shí)驗(yàn)結(jié)果在基底上獲得密集的、高度有序的離散金屬NP陣列。

審核編輯 黃宇