[发明专利]一种PS-b-P2VP模板的硅表面纳米级高分子刷图案的制备方法

说明书

本发明提供了一种PS‑b‑P₂VP模板的硅表面纳米级高分子刷图案的制备方法，其采用简单易行的化学方法，能够在硅表面大批量大面积的制作≤100nm的密集排列的指纹状、线状纳米结构，成本低、易操作，其克服了现有物理纳米刻蚀技术需要昂贵机器、成本高、操作繁琐、劳动密集，只能生产几毫米的小面积的问题和缺点，并且利用PS‑b‑P₂VP分子量、组份和环境条件的改变，可以在10‑100nm之间实现精确调节。

技术领域

本发明属于高分子化学技术领域，具体涉及PS-b-P₂VP模板的硅表面纳米级高分子刷图案的制备方法。

背景技术

在相关半导体表面进行精确纳米图案化，如硅、锗表面等，是未来应用的方向之一。当前，硅表面的大部分聚合物刷图案化技术都是微米级的，纳米级的较少。其中大部分技术集中在物理方法如压印、光刻、扫描探针调尖光刻，但其制作纳米图案费用高、操作繁琐、只适用于小面积生产。

尽管光刻在亚100nm图案化方面一直占有优势，但是短波光源如EUV、激发源激光、同步辐射源，这些技术在工业化和经济方面都存在较大问题。另外一些方法如电子束光刻、聚集离子束光刻、扫描探针调尖光刻如DPN可用于亚 20nm图案制作，但是由于其本质特性不适于大面积制作。

随着科学家对微纳米加工技术极致的追求，以及对物质性质的不断深入了解，新型的纳米加工技术也应运而生。基于嵌段共聚物的平板印刷技术就是其中的一种。嵌段共聚物作为一种纳米级图案化的技术，因具有简单易得、易于改性、且操作简单、能大批量生产等优点而受到欢迎。

基于双嵌段共聚物PS-b-P₂VP为模板的硅表面纳米级高分子刷图案化(即 SiHx坑(线状排列)和SiOx凸台(线状排列)交替间隔排列的图案，SiHx坑处组装高分子刷，SiOx凸台处空白)技术处于国际领先水平。能够通过选用不同分子量的模板来控制点阵的间距和点直径的大小，从而控制线条、指纹间的距离，利用简单化学过程制造出昂贵物理方法才能实现的效果。

发明内容

针对现有物理纳米刻蚀技术需要昂贵机器、成本高、操作繁琐、劳动密集，且只能生产几毫米的小面积的问题和缺点，本发明提供了一种PS-b-P₂VP模板的硅表面纳米级高分子刷图案的制备方法，其能够在硅表面大批量大面积的制作≤100nm的密集排列的指纹状、线状纳米结构，且成本低、易操作，且利用PS-b-P₂VP分子量、组份和环境条件的改变，可以在10-100nm之间实现精确调节。

具体地，本发明提供了一种PS-b-P₂VP模板的硅表面纳米级高分子刷图案的制备方法，包括以下步骤：

将两亲性嵌段共聚物PS-b-P₂VP在甲苯溶液里自组装成胶束，旋涂在硅片上形成PS作基质背景、P₂VP形成突出于PS基质背景的30-50nm的圆点；然后在 8-12:1THF/H₂O溶剂蒸汽密闭环境中室温下放置30-40h，形成PS-b-P₂VP直线条或指纹状图案，然后在Na₂PtCl₄/HCl溶液中浸泡3-24h，带正电荷的[P₂VP]⁺和带负电荷的[PtCl₄]^2-静电吸引结合在一起，用O₂等离子体处理除去PS-b-P₂VP，同时使Na₂PtCl₄生成Pt线条；用1:0.5-2:3-5HF/H₂O₂/EtOH的阳极辅助溶液腐蚀得到了间距在50-100nm之间，带宽30-50nm的线状或指纹状条纹，腐蚀的机理是Pt所处位点的原电池反应机理，最后在线状条纹的纳米坑处组装PMAA，得到线条状或指纹状的PMAA图案。