结合光刻和反应性相分离技术制备微纳米图形的研究

摘要

最近几十年，由于图形技术在学术上和工业上的广泛应用而倍受关注。在工业上，图形可以用于集成电路、微型感应器、生物芯片等。基于对复杂的微纳米图形的需求的不断增长，科学家们开发出了许多制备图形的方法。其中光刻技术具有大规模量产和操作步骤简单的特性，从而使其成为一种成熟的，并得到广泛运用的方法。但是，光刻技术也存在其局限性，因为光具有散射的特性，因而无法聚焦制备出纳米尺寸的图形。因此，能够得到纳米结构的简单的方法成为研究的热点。反应性相分离技术被证明能在高聚物共混物的连续相中形成不同尺度的分散相，反应性相分离技术使用许多商业化的无规共聚物就可以得到微米尺度的相分离。但是，要想通过反应性相分离来得到纳米级的结构还是比较困难的。 针对这些问题和缺点，本文以已商业化的交联单体和无规共聚物为原料，通过结合光刻技术和反应性相分离技术，以及对反应物和反应条件的控制，制备得到了所需要的含有纳米结构的微米图形。首先通过光刻得到微米级规整的图形，淬火处理后在微米级图形的内部形成纳米级的相分离，进一步在溶剂中洗掉无规共聚物得到纳米级的结构。该方法简单实用，具备工业化的潜力。通过对微米图形、纳米结构的形成机理进行了深入的研究：结合红外光谱（FT-IR)、原子力显微镜（AFM)、X射线表面能谱（XPS）等技术手段研究了了该制备方法的机理。在此过程中，考察了各种实验条件如溶液浓度，涂膜转速，曝光、显影时间，淬火温度及时间的影响，在提高微纳米图形的效果的同时，初步得到了原料为三羟甲基丙烷三丙烯酸酯（TMPTA）和聚苯乙烯-聚甲基丙烯酸甲酯（PS-r-PMMA）时的最佳实验条件。 在对微纳米图形的机理有了充分的理解的基础之上，选取TMPTA和PS-r-PBMA体系进行实验，并使用该体系探索不同的配方、实验条件对所形成的微纳米图形的结构的影响，从而为达到最后的可控图形的制备获得更多有价值的信息。