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新加坡科技設(shè)計大學(xué)使用激光直寫技術(shù)打印10納米級懸空納米網(wǎng)格

星之球科技 來源:材料牛2018-05-24 我要評論(0 )   

基于雙光子聚合的三維激光直寫技術(shù)受限于衍射極限, 使得現(xiàn)有的成熟激光直寫技術(shù)的極限尺度被限制在100納米級別。實現(xiàn)更高的書寫

 基于雙光子聚合的三維激光直寫技術(shù)受限于衍射極限, 使得現(xiàn)有的成熟激光直寫技術(shù)的極限尺度被限制在100納米級別。實現(xiàn)更高的書寫尺度極限往往需要對實驗設(shè)備和聚合材料進行精細的調(diào)控,加大了實驗的成本和復(fù)雜度。因此,發(fā)展一個完全基于標(biāo)準(zhǔn)的3D激光直寫儀器的圖案化手段來實現(xiàn)極高的打印極限是非常重要的。文章中展示的方法可以非常簡單地通過調(diào)節(jié)書寫條件,直接書寫超小尺寸。
近日,新加坡科技設(shè)計大學(xué)Joel K. W. Yang教授(通訊作者)團隊,首次報道了使用激光直寫技術(shù)打印出10納米級的懸空納米網(wǎng)格。該團隊發(fā)現(xiàn)通過控制激光掃描的速度及方向,配合聚合物的張力作用,可以打印出10納米級的懸空納米線。其中最窄的線條可達7納米,幾乎媲美目前精度最高的表面圖案化技術(shù)。該方法在用于打印20納米級的懸空網(wǎng)格時可達到80%的成品率。利用這方法,該團隊打印出最小橫向間距為33納米的懸空納米網(wǎng)格。同時,這些納米網(wǎng)格可以用作蒸發(fā)掩板制造納米級的金屬間距。相關(guān)成果以題為 “Sub-10-nm Suspended Nano-Web Formation by Direct Laser Writing” 發(fā)表在 Nano Futures 上。
圖1:隨機成核vs 導(dǎo)向成核 vs 正常交聯(lián)過程的概要和結(jié)果
新加坡科技設(shè)計大學(xué)使用激光直寫技術(shù)打印10納米級懸空納米網(wǎng)格
(a-c)隨機成核:聚合物均勻隨機生成,形成雜亂的納米結(jié)構(gòu)。往往是大結(jié)構(gòu)的副產(chǎn)物。
(d-f)導(dǎo)向成核:利用低于閾值的激光進行導(dǎo)向,形成有規(guī)律的納米結(jié)構(gòu)。可打印10納米級別的結(jié)構(gòu)
(g-i)正常的交聯(lián)過程:激光強度高于閾值,產(chǎn)生足夠多的聚合物形成寬大的結(jié)構(gòu)。這類結(jié)構(gòu)往往在100納米級別。
圖2:激光掃描方向的影響及納米網(wǎng)格的形貌表征
 
新加坡科技設(shè)計大學(xué)使用激光直寫技術(shù)打印10納米級懸空納米網(wǎng)格
(a)A和B是電子掃面顯微鏡圖片,展示了在極低的激光強度下,納米線條展現(xiàn)了隨掃描方向變化的非對稱性。C-F 列舉了不同激光強度下線條寬度及非對稱性的變化
(b)展示了三個不同參數(shù)隨激光強度的變化,分別是成品率(Yield),寬度比(Width ratio – 用于比較線條的非對稱性)及最小寬度(Feature Size)。
圖3:最小寬度的納米線
 
新加坡科技設(shè)計大學(xué)使用激光直寫技術(shù)打印10納米級懸空納米網(wǎng)格
展示了小于10納米的線條。
圖4:橫向間距的極限
 
新加坡科技設(shè)計大學(xué)使用激光直寫技術(shù)打印10納米級懸空納米網(wǎng)格
A-D為下圖中不同激光強度下的例子。測量的橫向距離表明,利用打印高度差及極細的納米線條,30納米左右的橫向間距是可實現(xiàn)的。
圖5:利用懸空納米網(wǎng)格作為蒸發(fā)掩膜
 
新加坡科技設(shè)計大學(xué)使用激光直寫技術(shù)打印10納米級懸空納米網(wǎng)格
(a-b)是利用打印高度差及細線條來避免不需要的隨機聚合,極細且規(guī)整的間距可以實現(xiàn)。
(c-d)作為對比,若納米線條都打印在同一高度,不需要的隨機聚合會破壞設(shè)計的規(guī)整性。
【小結(jié)】
實驗結(jié)果表明,通過控制激光掃描速度及方向,10納米級的納米網(wǎng)格是可實現(xiàn)的。利用打印高度差及極細的納米網(wǎng)格,進而可以實現(xiàn)30納米級的橫向間距以及極小且規(guī)整的金屬間距。這項研究展示一種新的可能,即利用現(xiàn)有成熟的激光打印技術(shù),10納米級的納米結(jié)構(gòu)亦是可以實現(xiàn)。目前,完整的機制尚未完全清晰明了,該課題組正致力于更多相關(guān)實驗來驗明機制以及完善該方法,使得打印隨意形狀的10納米級三維納米結(jié)構(gòu)成為可能。該成果進一步擴展了激光打印技術(shù)的使用范圍。

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