새로운 나노 임프린팅 방식 (Liquid-bridge-mediated nanotransfer)

 

최대 4 인치의 넓은 면적에 걸쳐 수십 나노미터의 작은 피처 크기를 가진 2차원 또는 3차원 구조의 형성을 위한 새로운 직접 패터닝 방법인 Liquid-bridge-mediated nanotransfer 몰딩을 보고합니다.

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 - 기능성 재료의 직접 프린팅을위한 몇 가지 기술이 마이크로 및 나노 스케일 구조 및 장치를 제작하기 위해 개발되었습니다. Liquid-bridge-mediated nanotransfer 몰딩은 다양한 물질을 몰드에서 기판 사이의 액체 브리지를 통해 기판으로 직접 옮기는 것을 기반으로 합니다. 또한 나노 와이어 전계 효과 트랜지스터와 펜타센 기반의 박막 트랜지스터 어레이를 제작하여 그 유용성을 입증합니다.

 

 - 마이크로 및 나노 스케일 제작은 전자, 마이크로 / 나노 전기 기계 시스템, 생물학적 및 화학적 센서, 마이크로 유체, 디스플레이 장치 및 광전자 공학에 필수적입니다. 기존 패터닝 방법 중 기능성 재료의 직접적인 인쇄는 새로운 유형의 구조 및 장치를 저비용으로 제작하는 가장 효율적인 방법입니다. 직접 인쇄에는 잉크젯 인쇄, 스크린 인쇄, 플렉소 인쇄, 그라비아 인쇄, 오프셋 인쇄 및 미세 전사등 기능성 재료를 기판에 직접 전달하는 여러 비 포토 리소그래피 기술이 포함됩니다. 미세 전사 성형은 넓은 영역에 걸쳐 기능성 미세 구조를 제작하는 데 가장 다양하고 비용 효율적인 방법이지만, 다중 정렬 측면에서 가장자리 분해능 (액체 잉크의 측면 확산으로 인한), 패턴 사이의 잔류 물 및 어려움과 같은 문제가 있습니다.

 

 - 나노 임프린트 리소그래피, 모세관 힘 리소그래피 및 나노 전사 프린팅과 같이 나노 스케일에서 패터닝 하기위한 몇 가지 대체 기법이 있지만, 이 논문은 잔류물이 없는 직접 인쇄 방법을 개발했습니다. 최근 나노 임프린트 리소그래피와 모세관힘 리소그래피는 기능성 폴리머의 잔류 물이 없는 패턴을 제작하기 위해 선택적 젖음 방식과 함께 사용되었습니다. 그러나 임프린팅 방법은 잔류 물과 다중 정렬의 어려움이 존재하고 일반적으로 많이 사용되는 나노 전사 프린팅은 패턴된 금속 박막을 맞춤형 제작한 뒤 표면 화학 물질을 사용하여 기판으로 접착 전사해야하는 복잡성이 있습니다. 이와 같은 방법은 제한된 수의 재료(주로 금속)로만 작동하고, 작은 범위의 처리 조건에서만 작동하며, 진공 상태가 필요하기 때문에 연속 작동이 어려울 수 있습니다.

 

 - 이러한 복잡성을 해결하기 위해,액체 브리지 매개 트랜스퍼 몰딩 공정을 기반으로하는 직접 인쇄 기술을 개발했습니다. 극성 액체 층은 기능성 재료와 기판 사이에 양호한 등각 접촉을 제공하는 접착 층의 역할로 인해 고 정밀성을 보장합니다. 마이크로 트랜스퍼 몰딩과 달리 우리의 기술은 표면 확산의 영향을 받지 않으며 최소 피처 크기가 60nm 미만이고 가장자리 분해능이 2-6nm 인 복잡한 나노 구조를 생성할 수 있습니다. 이 새로운 기술은 2차원 또는 3차원 복잡한 나노 구조를 다양한 종류의 잉크를 사용하여 넓은 면적에 직접 제작할 수 있도록 합니다.

 

ZTO, TIPS-PEN , 실버 등등 라인 패턴

 

 

 

 Liquid-bridge-mediated nanotransfer molding (LB-nTM)을 사용하여 기능성 재료를 패터닝 절차

 

 

LB-nTM 의 개략도

 

 - 첫 번째 단계에서는 폴리 우레탄 아크릴 레이트 (PUA)와 폴리 디메틸 실록산 (PDMS)을 각각 사용하여 패턴화 된 하드 및 소프트 몰드를 제작했습니다. 이 두 물질은 표면 자유 에너지가 매우 낮습니다 (PUA, ~ 25 mJ m -2, PDMS, ~ 20 mJ m -2). 그런 다음 패턴화 된 주형을 선택적 잉크를 사용하여 잉크 용액으로 채웠습니다. 불연속 디웨팅 잉크 용액으로 금형의 오목한 부분만 채우는 데 사용되었습니다. 유리 스틱이나 바늘을 사용하여 증착된 잉크 용액을 패턴이 있는 금형 위로 끌면 잉크 용액의 메니스커스가 금형 표면 위로 이동하여 돌출된 표면에 잔류 물을 남기지 않고 형상 내부를 채웁니다. 불연속적 탈수된 몰드 잉크 용액 간의 계면 자유 에너지를 활용하기에, 잉크액 사이 (표면 자유 에너지가 있어야 ~ 30 mJ을 m -2 70 mJ을 m -2) PDMS 및 PUA 몰드가 적합합니다. 용액을 들어올리는 속도, 금형에 있는 피처의 종횡비 (깊이 / 폭 ≥ 1/20) 및 잉크 용액의 점도도 (<500 cP)는 불연속 디 웨팅 프로세스의 성공률을 결정합니다.

 

 - 다양한 재료를 몰드에서 기판 사이의 액체 연결고리를 통해 기판으로 전송하는 직접 인쇄 방법을 보고했습니다. 몰드의 잉크 용액은 고체화되어 몰드와 기판 사이의 액체 브리지를 통해 기판으로 전달됩니다. 몰드는 접착 윤활제 역할을 하는 극성 액체 층이 건조되기 전에 기판 위에서 움직일 수 있기 때문에 복잡한 구조에 쉽게 정렬될 수 있습니다. 이 절차는 자동화된 직접 인쇄 기계에 사용하기에 매우 적합하며 다양한 기질에 다양한 피처 크기를 가진 기능성 재료를 생성할 수 있습니다.