金属纳米颗粒通过水基剥离方案使用嵌段共聚物模板

引言

随着纳米结构表面和界面在广泛的科学和技术应用中变得越来越重要，确定可扩展和廉价的方法来实现这些变成了一个关键的挑战。特别是有序、非密集、表面支撑的金属纳米颗粒的大面积阵列的制造，由于其在不同领域如等离子体增强薄膜太阳能电池中的应用，已经获得了广泛的兴趣。为此，我们可以使用BCP薄膜，其能够自发地采用包含离散纳米畴的周期性形态。

因为在这种情况下图案的产生是通过分子自组装实现的，所以包含密集封装的纳米尺寸特征的BCP模板可以以快速、可扩展和廉价的方式实现。然而，先决条件是组成聚合物嵌段在一种或多种性质上足够不同，从而允许差异和目标纳米平版印刷加工。目前英思特已经证明了使用BCPs结合更常规的纳米制造技术来产生金属NP阵列的几种策略。

实验与讨论

通过在室温(21℃)下混合hPS、PS-b-P2VP和甲苯，将密封小瓶加热至60℃并保持该温度，持续搅拌60分钟。在确定RIE I-III中选择的堆材料的标称时间平均er和ER选择性时，英思特进行了一些初步的RIE试验。

在灰化(高功率，2分钟)Si(100)晶片后，通过旋涂(6000 rpm)施加PVA层，然后软烘烤(110℃，4分钟)。接下来，在旋涂(6000rpm)BCP膜之前，通过电子束蒸发沉积一层SiOx并灰化(低功率，2分钟)。

在尝试预期的剥离方案之前，英思特对选定的RIE I-III工艺进行了评估，其明确目的是建立我们所选材料的ER，并验证可以实现材料之间足够高的ER再现性和选择性。为了证明BCP膜中的SISR诱导的浮雕图案确实可以转移到下面的SiOx层，我们使用标准的SiO2 RIE配方，将35nm min-1的ER应用于一系列堆叠的样品。

 

图1：扫描电镜检查的HSQ层在一个堆栈中的初组成

我们观察到HSQ层的图案化，研究解释为SISR没有产生完全开放的孔(图1)。SISR包括室温下将样品浸入乙醇30分钟，然后用N2枪干燥。由于所应用的RIE配方包含氧，所以它可能不太适合于实现高ER SiOx和BCP模板之间的选择性。

因此，BCP到SiOx图案的转移被分成两个连续的步骤:(1)初始的“去浮渣”步骤(RIEI)，（2）在专用无氧SiOx蚀刻(RIE)之前，除去BCP孔底部的残留聚合物。

结论

英思特展示了使用(PS-b-P2VP+hPS)/SiOx/PVA叠层产生表面支撑金属NP阵列的水基剥离方案。BCP薄膜采用了在PS基质中由六边形有序、非紧密堆积的P2VP球体单层组成的形态。由此获得由P2VP畴中的凹陷组成的表面浮雕图案，并随后通过一系列RIE步骤转移到下面的SiOx和PVA层。

通过使用相当薄的BCP模板产生的包含垂直取向的高纵横比纳米孔阵列的大面积分层光刻掩模，在金属沉积之后，将牺牲PVA层溶解在水中，实验结果在基底上获得密集的、高度有序的离散金属NP阵列。

审核编辑 黄宇