Микроперфорацией литографии для генерации микро-и субмикронных структур на полимерные подложки

Общая цель данной работы заключается в создании микро- и субмикронных структур на верхней боковой стенке и нижней поверхности полимерной подложки для различных применений. Это достигается путем предварительного нанесения промежуточного и целевого полимерных слоев на жесткую поверхность. Затем изготавливаются формы с острыми и закругленными краями, которые используются для тиснения подложки при температуре выше температуры стеклования промежуточного полимера, которая, в свою очередь, ниже температуры плавления целевого полимера.

После охлаждения подложки форму удаляют, в результате чего на поверхностях полимерных подложек проявляются микро- и субмикронные структуры. Рассмотрим биомедицинские применения микроперфорационной литографии. Микробиомы PPY, созданные с помощью операции резки, используются для определения уровня глюкозы.

Во-вторых, каналы HDP, созданные методом вытягивания, могут использоваться в качестве микрофлюидных каналов в устройствах «лаборатория на чипе» для снижения трения потока жидкости. В данной процедуре силиконовая подложка, покрытая промежуточным полимером и материалом для печати, нагревается до температуры выше температуры стеклования промежуточного полимера и ниже температуры плавления или перехода целевого материала. Затем форма и подложка приводятся в физический контакт под высоким давлением с последующим охлаждением.

Наконец, их разделяют при понижении температуры ниже температуры стеклования промежуточного полимера, тем самым завершая перенос рисунка с формы на целевой слой. Для этой процедуры необходимо изготовить кремниевые формы требуемых размеров с помощью стандартной УФ-литографии. Подготовьте промежуточный слой, выбрав непроводящий лист PMMA, и поместите его на жесткую плоскую подложку.

Теперь на промежуточный полимер можно традиционным способом нанести проводящий полимер методом центрифугирования. Кроме того, при центрифугировании нескольких различных проводящих полимеров область вокруг первого слоя проводящего полимера закрывают клейкой лентой. С помощью такой маскировки и центрифугирования можно наносить несколько слоев в нужных местах на подложке.

Затем проведите горячее тиснение подложки на прессе для горячего тиснения в течение нескольких минут и извлеките подложку из формы при температуре от 80 до 95 °C со скоростью 1,5 mm/min. В данной процедуре верхний слой заменяется комбинацией из двух или трех полимерных слоев или металлических слоев соответственно для создания многослойных микроструктур. Рассматривается изготовление гетеропереходов, диодов и конденсаторов.

Для создания двухслойного гетероперехода PPY pdot сначала нанесите методом центрифугирования слой pdot толщиной 10 µm на лист PMMA. Затем подвергните подложку термической обработке при 80 °C в течение одного часа. После этого нанесите методом центрифугирования пленку PPY толщиной 1 µm поверх слоя pdot и прогрейте подложку в течение пяти минут.

Для создания двухслойных диодов на основе pdot с алюминием нанесите слой pdot толщиной 10 µm на лист ПММА методом спин-коатинга и прокаливайте подложку в течение одного часа. Затем с помощью термического испарения нанесите алюминиевую пленку толщиной 200 nm на слой pdot. Подложку следует поместить лицевой стороной вниз, при этом давление в камере испарителя должно составлять 5 µTorr; алюминиевые гранулы испаряются под воздействием высокого напряжения.

Следите за показаниями кварцевого монитора толщины до достижения 200 nanometers. Затем отключите напряжение и откачайте воздух из камеры перед извлечением образца. Для создания трехслойных pdot-конденсаторов из PMMA.

Нанесите методом центрифугирования слой pdot толщиной 10 мкм на лист PMMA и подвергните подложку термообработке в течение одного часа. Затем несколько раз выполните центрифугирование при 1000 RPM, чтобы получить слой PMMA толщиной от 15 до 20 мкм поверх слоя pdot, и запекайте подложку в течение 30 минут. После запекания слоя PMMA нанесите методом центрифугирования слой pdot толщиной от двух до трех мкм на пленку PMMA и запекайте подложку в течение пяти минут. Для всех микроструктур выполните горячее тиснение подложки на соответствующем оборудовании в течение нескольких минут, после чего извлеките микроструктуры при температуре от 80 до 95 °C со скоростью 1,5 мм/мин.

Операция вытягивания схожа с резкой, однако в ней используется жесткая форма с закругленными краями и форма из A-P-D-M-S. Она также требует меньшего усилия вставки, более низкой скорости вставки и более высокой температуры печати. Начните изготовление микростолбиков из PDMS, нанеся методом центрифугирования слой S 1813 толщиной в один микрометр на форму из SU eight.

Форма из SU-8 изготавливается с помощью стандартной УФ-литографии. Затем на форму из SU-8, покрытую S 1813, наносят PDMS методом центрифугирования при 1000 RPM и высушивают образец на нагревательном планшете при 85 °C в течение трех часов. После отверждения слоя PDMS образец промывают ацетоном, чтобы растворить S 1813 и отделить тонкую пленку PDMS от формы из SU-8.

Завершив формирование микростолбиков, поместите полученную ПДМС-пленку на лист ПЭВП толщиной 1,5 millimeter для печати. Наложите алюминиевую форму с закругленными краями на ПДМС-пленку и лист ПЭВП, после чего выдержите их под давлением в печи в течение одного часа. В результате форма прижмет ПДМС-пленку к мягкому листу ПЭВП.

После охлаждения образца до комнатной температуры извлеките форму, чтобы завершить создание канала на листе ПНД. В ходе этого процесса часть сформированной микростолбиками пленки ПДМС переносится на дно и две боковые стенки канала. С помощью операции резки MPL были созданы однослойные микроструктуры из ПФП, ПДОТ и СПАНИ.

Для проверки чувствительности к влажности с помощью СЭМ были проанализированы прямая линия шириной 300 микрометров и серпантинный микропровод шириной 50 микрометров. PPY MICROWIRE и пленка из PPY площадью один квадратный сантиметр подвергались воздействию относительной влажности в диапазоне от 45% до 85%. Их чувствительность измерялась по изменению сопротивления и сравнивалась. С помощью СЭМ и зондовой станции Keithley были исследованы несколько многослойных микроструктур, включая микролинию из PPY pdot шириной 300 микрометров, гетеропереходной алюминиевый pdot-диод и конденсатор PDOT PMMA pdot.

Слой pdot был заземлен, а к слою PPY прикладывалось смещение от -20 В до 20 В. Прямое и обратное напряжение пробоя гетероперехода PPY-PDOT составили 5 В и -8 В соответственно. Гетеропереход алюминий-pdot был создан путем заземления алюминиевого слоя и подачи смещения от -5 В до 5 В на слой pdot; измерения проводились при комнатной температуре.

Прямое и обратное напряжение пробоя составили 3 В и -2,5 В соответственно. Конденсатор pdot PMMA PDOT был изготовлен с помощью зондовой станции KEITHLEY, и его вольтамперная характеристика (CV) была измерена при комнатной температуре. Измеренная емкость конденсатора при низкочастотном смещении составила около 0,06 пФ.

При теоретически рассчитанном значении 1,38 микростолбики из PDMS с емкостью в несколько пикофарад были вдавлены в листы A-H-D-P-E для формирования боковых стенок каналов. Средний краевой угол капли воды в каналах из HDPE составил 145,5 градуса. Микростолбики из PDMS используются для снижения силы трения в каналах из HDPE.

Капля, движущаяся по каналу из ПНД с покрытием из пленки A-P-D-M-S, перемещается медленнее, чем капля, движущаяся по каналу из ПНД с покрытием из микростолбиков A-P-D-M-S. Это обусловлено супергидрофобными свойствами канала, которые обеспечиваются микростолбиками PDM. При выполнении данных процедур помните, что работа с фоторезистом, проводящими полимерами и летучими органическими соединениями может быть опасной; всегда соблюдайте меры предосторожности, такие как использование средств индивидуальной защиты и работа в хорошо проветриваемом помещении.