Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Направленная сборка микро- и наноструктур - это методы массового производства устройств и материалов от микро до нано. Направленная сборка позволяет точно контролировать сборку микро- и наночастиц для формирования даже самых сложных и высокофункциональных устройств или материалов. [1]

Направленная самосборка [ править ]

Направленная самосборка (DSA) - это тип направленной сборки, в которой используется морфология блок-сополимера для создания линий, пространств и отверстий, что способствует более точному управлению формами элементов. Затем он использует поверхностные взаимодействия, а также термодинамику полимера, чтобы завершить формирование окончательных форм узора. [2] Чтобы контролировать взаимодействие поверхностей, обеспечивая разрешение менее 10 нм, группа из Массачусетского технологического института, Чикагского университета и Аргоннской национальной лаборатории разработала способ использования нанесенного из паровой фазы полимерного верхнего слоя на блок-сополимерную пленку. в 2017 г. [3]

DSA не является отдельным процессом, а скорее интегрирован с традиционными производственными процессами для массового производства микро- и наноструктур с меньшими затратами. Направленная самосборка в основном используется в производстве полупроводников и жестких дисков. Полупроводниковая промышленность использует этот метод сборки, чтобы иметь возможность увеличить разрешение (пытаясь уместить больше ворот), в то время как промышленность жестких дисков использует DSA для производства «носителей с битовой структурой» в соответствии с указанной плотностью хранения. [4]

Микроструктуры [ править ]

Существует множество применений направленной сборки в микромасштабе, от тканевой инженерии до тонких полимерных пленок. В тканевой инженерии направленная сборка смогла заменить строительный каркас строительных тканей. Это происходит путем управления положением и организацией различных клеток, которые являются «строительными блоками» ткани, в различные желаемые микроструктуры. Это устраняет ошибку невозможности воспроизвести одну и ту же ткань, что является серьезной проблемой при использовании строительных лесов. [5]

Наноструктуры [ править ]

Направленная сборка наночастиц. Здесь частицы образуют организованную структуру из исходного неорганизованного состояния.

Нанотехнология предоставляет методы организации таких материалов, как молекулы, полимеры, строительные блоки и т. Д., Для формирования точных наноструктур, которые имеют множество применений. [6] В процессе и применении самосборки пептидов в нанотрубки, одностенные углеродные нанотрубки являются примером, который состоит из листа графена, бесшовно намотанного на цилиндр. Это происходит во внешнем потоке углерода и получается путем лазерного испарения графита, обогащенного переходным металлом. [7]

Литография с использованием наноимпринтов - популярный метод изготовления узоров в нанометровом масштабе. Узоры изготавливаются путем механической деформации импринт-резиста (мономерный или полимерный состав) и последующих процессов. Затем он отверждается под воздействием тепла или ультрафиолетового света, и плотный уровень резиста и шаблона контролируется в соответствующих условиях, в зависимости от наших целей. Кроме того, литография наноимпринтов имеет высокое разрешение и производительность при низкой стоимости. [8] К недостаткам можно отнести увеличенное время для процедур создания шаблонов, отсутствие стандартных процедур приводит к множеству методов изготовления, а количество шаблонов, которые можно сформировать, ограничено.

С целью смягчения этих преимуществ при применении нанотехнологий в электронике исследователи из Научно -инженерного центра высокоскоростного нанопроизводства (CHN) Национального научного фонда в Северо-Восточном университете вместе с партнерами Умассом Лоуэллом и Университетом Нью-Гэмпшира разработали направленную Процесс сборки сетей из однослойных углеродных нанотрубок (SWNT) для создания шаблона схемы, который можно переносить с одной подложки на другую. [9]

Самособирающиеся монослои на твердых подложках [ править ]

Самоорганизующиеся монослои (SAM) состоят из слоя органических молекул, которые естественным образом образуют упорядоченную решетку на поверхности желаемой подложки. Их молекулы в решетке имеют химические связи на одном конце (головная группа), в то время как другой конец (концевая группа) создает открытую поверхность SAM.

Могут быть сформированы многие типы SAM. Например: тиолы образуют SAM на золоте, серебре, меди или некоторых сложных полупроводниках, таких как InP и GaAs . Изменяя хвостовую группу молекул, можно получить различные свойства поверхности; поэтому SAM можно использовать для придания поверхностям гидрофобности или гидрофильности, а также для изменения состояния поверхности полупроводника. С самостоятельной сборкой, позиционирование SAM используется для точного определения химической системы, чтобы найти целевое местоположение в молекулярно-неорганическом устройстве. Благодаря этой характеристике SAM являются хорошими кандидатами для молекулярных электронных устройств, таких как SAM для создания электронных устройств, и, возможно, схемы представляют собой интригующую перспективу. Из-за их способности служить основой для хранения данных с очень высокой плотностью и высокоскоростных устройств. [10]

Акустические методы [ править ]

Направленная сборка с использованием акустических методов управляет волнами, чтобы обеспечить неинвазивную сборку микро- и наноструктур. В связи с этим акустика особенно широко используется в биомедицинской промышленности для управления каплями, клетками и другими молекулами.

Акустические волны генерируются пьезоэлектрическим преобразователем, управляемым генератором импульсов. Эти волны могут затем манипулировать каплями жидкости и перемещать их вместе, чтобы сформировать упакованную сборку. Более того, частота и амплитуда волн могут быть изменены, чтобы добиться более точного управления конкретным поведением капли или ячейки. [11]

Оптические методы [ править ]

Направленная сборка или, более конкретно, направленная самосборка, может обеспечить высокое разрешение рисунка (~ 10 нм) с высокой эффективностью и совместимостью. Однако при использовании DSA в крупносерийном производстве необходимо иметь способ количественной оценки степени упорядоченности шаблонов строк / промежутков, формируемых DSA, чтобы уменьшить дефект. [12]

Обычный подход, такой как сканирующая электронная микроскопия критических размеров (CD-SEM) для получения данных для проверки качества рисунка, занимает слишком много времени и также является трудоемким. С другой стороны, метрология, основанная на оптическом рефлектометре, является неинвазивным методом и имеет очень высокую пропускную способность из-за большего размера пятна. Это приводит к сбору большего количества статистических данных, чем при использовании SEM, и эта обработка данных также автоматизирована с помощью оптического метода, что делает ее более осуществимой, чем традиционный CD-SEM. [13]

Магнитные методы [ править ]

Самосборка, направленная магнитным полем (MFDSA), позволяет управлять дисперсией и последующей сборкой магнитных наночастиц. Это широко используется при разработке современных материалов, при которых неорганические наночастицы (НЧ) диспергируются в полимерах для улучшения свойств материалов.

Метод магнитного поля позволяет собирать частицы в 3D, выполняя сборку в разбавленной суспензии, в которой растворитель не испаряется. Также не нужно использовать шаблон, и этот подход также улучшает магнитную анизотропию в направлении цепи. [14]

Диэлектрофоретические методы [ править ]

Самосборка, направленная диэлектрофорезом, использует электрическое поле, которое управляет металлическими частицами, такими как золотые наностержни , путем создания диполя в частицах. Изменяя полярность и силу электрического поля, поляризованные частицы либо притягиваются к положительным областям, либо отталкиваются от отрицательных областей, где электрическое поле имеет более высокую напряженность. Этот метод прямого воздействия перемещает частицы в нужное положение и ориентирует их в наноструктуру на рецепторной подложке. [15]

Ссылки [ править ]

  1. ^ Bachand, М., Н. Ф. Bouxsein, С. Ченг, SJ-фон Hoyningen Huene, МДж Стивенс иД. Bachand. «Направленная самосборка одномерных нанометров микротрубочек». RSC Adv. 4.97 (2014): 54641-4649. Интернет. 15 февраля 2016 г.
  2. ^ Bachand, М., Н. Ф. Bouxsein, С. Ченг, SJ-фон Hoyningen Huene, МДж Стивенс иД. Bachand. «Направленная самосборка одномерных нанометров микротрубочек». RSC Adv. 4.97 (2014): 54641-4649. Интернет. 16 февраля 2016 г.
  3. ^ Suh, Хё Сон; Ким, До Хан; Мони, Прия; Сюн, Шишэн; Ocola, Leonidas E .; Zaluzec, Nestor J .; Глисон, Карен К .; Нили, Пол Ф. (июль 2017 г.). «Создание рисунка размером менее 10 нм посредством направленной самосборки пленок блок-сополимера с нанесенным верхним покрытием из паровой фазы» . Природа Нанотехнологии . 12 (6): 575–581. Bibcode : 2017NatNa..12..575S . DOI : 10.1038 / nnano.2017.34 . ISSN  1748-3387 . ОСТИ  1373307 . PMID  28346456 .
  4. ^ «Перспективы технологии DSA для наномасштабного производства». Перспективы технологии DSA для наномасштабного производства. Институт молекулярной инженерии Чикагского университета, nd Web. 16 февраля 2016 г.
  5. ^ Kachouie, Nezamoddin N et al. «Направленная сборка клеточных гидрогелей для инженерных функциональных тканей». Органогенез 6.4 (2010): 234–244. ЧВК. Интернет. 15 февраля 2016 г.
  6. ^ Бринкер, Чарльз Джеффри. «Самосборка, вызванная испарением: упрощенные наноструктуры». Annuaire-cdf L'annuaire Du Collège De France 112 (2013): 825-31. Unm.edu. 15 июля 2013 г. Web. 17 февраля 2016 г.
  7. ^ Мол. САМОСБОРКА УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБК (nd): n. стр. Msu.edu. Интернет. 17 февраля 2016 г.
  8. ^ Писатель, Общественный .. "Литография наноимпринтов". Википедия. Фонд Викимедиа, февраль-март. 2011. Интернет. 17 февраля 2016 г.
  9. ^ Джонсон, Декстер. «Высокопроизводительная направленная сборка наноструктур обещает большие изменения в электронике». Np, nd Web. 17 февраля 2016 г.
  10. ^ Бабак Амир Парвиз, «Использование самосборки для изготовления наноразмерных электронных и фотонных устройств», Интернет-август 2003 г.
  11. ^ Ф. Сюй, Т. Д. Финли, М. Туркайдин, Ю. Сунг, У. А. Гуркан, А. С. Явуз, Р. О. Гульдикен, У. Демиричи. «Сборка инкапсулирующих клетки микромасштабных гидрогелей с использованием акустических волн». Биоматериалы 32.31 (2011): 7847-7855. ScienceDirect. Интернет. 16 февраля 2016 г.
  12. ^ Диксит, Дхайрья Дж. «Оптическая метрология для направленной самосборки рисунка с использованием матричной спектроскопической эллипсометрии Мюллера на основе рефлектометрии». ProQuest Dissertations and Theses Global (2015): 3718824. ProQuest. Интернет. 3 марта 2016 г.
  13. ↑ Van Look, L., Rincon Delgadillo, P., Yu-tsung Lee, Pollentier, I., Gronheid, R., Yi Cao, Guanyang Lin, Nealey, PF. Метрология." Микроэлектронная техника 123 (2014): 175-179. ScienceDirect. Интернет. 3 марта 2016 г.
  14. ^ Кромменхук, Питер Джон. «Самосборка магнитных цепочек наночастиц в полимерах под действием магнитного поля». ProQuest Dissertations and Theses Global (2013): 3690306. ProQuest. Интернет. 3 марта 2016 г.
  15. ^ Pescaglini, А. У. Emanuele, А. О'Райордэн и Даниэла Iacopino. «Диэлектрофоретическая самосборка наностержней Au для зондирования». Iopscience.iop.org. IOP Publishing, 4 марта 2016 г. Интернет. 4 марта 2016 г.