Towards fast nanopattern fabrication by local laser annealing of block copolymer (BCP) films
Towards fast nanopattern fabrication by local laser annealing of block copolymer (BCP) films
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通过嵌段共聚物 (BCP) 薄膜的局部激光退火实现快速纳米图案制造
DOI：
10.1016/j.apsusc.2018.11.105
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发表时间：
2019
影响因子：
6.7
通讯作者：
H.-C. Scheer
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
K. Zimmer;J. Zajadacz;F. Frost;A. Mayer;C. Steinberg;H.-F. Chang;J.-Y. Cheng;H.-C. Scheer
具有小于100 nm的图案尺寸的表面和薄膜的纳米图案化对于激光加工是具有挑战性的，特别是在大面积、低成本制造的情况下。然而，自组装工艺提供了在该尺寸范围内产生图案的机制，从而提供了替代的制造方法。目前的工作重点是高温，短时间的激光退火的PS-b-PMMA嵌段共聚物（PS-b-PMMA BCP：聚（苯乙烯-嵌段-甲基丙烯酸甲酯））的熔融石英样品上的薄膜，以实现自组装成垂直层状周期约为50 nm。用聚焦CO_2激光束辐照嵌段共聚物（BCP）样品，研究了激光功率PL和扫描速度v对BCP膜层形成的影响。在足够的激光照射下（PL：2至15 W，vs：1至250 Ω-1），在激光轨迹的中心观察到层状结构的形成。随着激光照射的增加，首先，片层的质量提高到一定程度，但此后发生BCP的部分降解和BCP膜的去湿。有序嵌段共聚物的PMMA微相的部分降解导致局部自显影过程，减少了纳米图案形成的加工步骤。讨论了辐照时间小于0.1 s的激光诱导局域自组装的实验结果与激光诱导温度场模拟的关系。将BCP的自组装能力与通过激光束的局部加热相结合可以提供用于直接写入分层纳米/微米尺度图案的工具，其对于模仿生物启发结构的各种应用是有用的。
The nanopatterning of surfaces and thin films with pattern dimensions of less than 100 nm is challenging for laser processing in particular in the case of large-area, low-cost fabrication. Self-assembly processes, however, provide a mechanism of pattern generation in this dimensional range offering an alternative fabrication method. The current work focuses on high-temperature, short-time laser annealing of PS-b-PMMA block copolymer (PS-b-PMMA BCP: poly(styrene-block-methyl methacrylate)) films on fused silica samples to achieve self-assembly into vertical lamellas with periods of approximately 50 nm. BCP samples were irradiated with a focussed CO2-laser beam for studying the influence of the laser power PLand the scanning speed vson the lamellae formation in BCP films. The formation of lamellae is observed in the centre of the laser track at sufficient laser irradiation (PL: 2 to 15 W, vs: 1 to 250 mms−1). With increasing laser irradiation, first the quality of the lamellas improves to a certain point but thereafter a partial degradation of the BCP and dewetting of the BCP film occurs. The partial degradation of the PMMA micro-phase of the ordered BCP results in a local self-developing process reducing the processing steps for nanopattern formation. The experimental results on laser-induced local self-assembly with irradiation times below 0.1 s are discussed in relation to laser-induced temperature field simulations. Combining self-assembly capabilities of BCP with local heating by laser beams can provide a tool for direct writing of hierarchical nano-/microscale patterns that is useful for various applications mimicking bio-inspired structures.
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