Jump to content

Направленная сборка микро- и наноструктур

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

Направленная самосборка

[ редактировать ]

Направленная самосборка (DSA) — это тип направленной сборки, в котором используется морфология блок-сополимера для создания линий, пространств и рисунков отверстий, что способствует более точному контролю формы элементов. Затем он использует поверхностные взаимодействия, а также термодинамику полимеров, чтобы завершить формирование окончательных форм узора. [2] Чтобы контролировать поверхностные взаимодействия, обеспечивающие разрешение менее 10 нм, команда, состоящая из Массачусетского технологического института, Чикагского университета и Аргоннской национальной лаборатории, в 2017 году разработала способ использования полимерного верхнего слоя, осажденного из паровой фазы, на блок-сополимерной пленке. . [3]

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

Микроструктуры

[ редактировать ]

Существует множество применений направленной сборки в микромасштабе: от тканевой инженерии до тонких полимерных пленок. В тканевой инженерии направленная сборка смогла заменить каркасный подход к построению тканей. Это происходит путем контроля положения и организации различных клеток, которые являются «строительными блоками» ткани, в различные желаемые микроструктуры. Это устраняет ошибку, связанную с невозможностью воспроизвести одну и ту же ткань, что является серьезной проблемой при использовании каркасного подхода. [5]

Наноструктуры

[ редактировать ]
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 примером являются одностенные углеродные нанотрубки , которые состоят из листа графена, бесшовно завернутого в цилиндр. Это производится во внешнем потоке углерода и получается путем лазерного испарения графита, обогащенного переходным металлом. [7]

Наноимпринтная литография — популярный метод изготовления рисунков нанометрового масштаба. Узоры изготавливаются путем механической деформации отпечаткового резиста (мономерного или полимерного состава) и последующих процессов. Затем он отверждается теплом или ультрафиолетовым светом, а уровень герметичности резиста и шаблона контролируется в соответствующих условиях в зависимости от наших целей. Кроме того, наноимпринтная литография имеет высокое разрешение и производительность при низкой стоимости. [8] К недостаткам относятся увеличение времени на процедуры создания шаблонов, отсутствие стандартных процедур, что приводит к использованию нескольких методов изготовления, а количество шаблонов, которые можно сформировать, ограничено.

С целью смягчить эти недостатки при применении нанотехнологий в электронике исследователи из Национального научного фонда Наномасштабного научно-технического центра высокоскоростного нанопроизводства (CHN) Северо-Восточного университета совместно с партнерами из Массачусетского университета в Лоуэлле и Университета Нью-Гэмпшира разработали направленный метод. процесс сборки сетей одностенных углеродных нанотрубок (SWNT) для создания шаблона схемы, который можно переносить с одной подложки на другую. [9]

Самоорганизующиеся монослои на твердых подложках

[ редактировать ]

Самособирающиеся монослои (SAM) состоят из слоя органических молекул, который естественным образом формируется в виде упорядоченной решетки на поверхности желаемой подложки. Их молекулы в решетке имеют химические связи на одном конце (головная группа), а другой конец (концевая группа) создает открытую поверхность SAM.

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

Акустические методы

[ редактировать ]

Направленная сборка с использованием акустических методов манипулирует волнами, чтобы обеспечить неинвазивную сборку микро- и наноструктур. Благодаря этому акустика особенно широко используется в биомедицинской промышленности для манипулирования каплями, клетками и другими молекулами.

Акустические волны генерируются пьезоэлектрическим преобразователем, управляемым от генератора импульсов. Эти волны способны затем манипулировать каплями жидкости и перемещать их вместе, образуя упакованный агрегат. Более того, частоту и амплитуду волн можно изменять, чтобы добиться более точного контроля конкретного поведения капли или клетки. [11]

Оптические методы

[ редактировать ]

Направленная сборка или, точнее, направленная самосборка может обеспечить высокое разрешение структуры (~ 10 нм) с высокой эффективностью и совместимостью. Однако при использовании DSA в крупносерийном производстве необходимо иметь возможность количественно оценить степень порядка линий/пространств, формируемых DSA, чтобы уменьшить количество дефектов. [12]

Обычные подходы, такие как сканирующая электронная микроскопия критических размеров (CD-SEM), для получения данных для проверки качества модели, занимают слишком много времени и являются трудоемкими. С другой стороны, метрология на основе оптического скаттерометра является неинвазивным методом и имеет очень высокую производительность благодаря большему размеру пятна. Это приводит к сбору большего количества статистических данных, чем при использовании SEM, а обработка данных также автоматизируется с помощью оптического метода, что делает ее более осуществимой, чем традиционный CD-SEM. [13]

Магнитные методы

[ редактировать ]

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

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

Диэлектрофоретические методы

[ редактировать ]

Диэлектрофоретическая направленная самосборка использует электрическое поле, которое контролирует металлические частицы, такие 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 прямой манипуляции переносит частицы в нужное положение и ориентирует их в наноструктуру на подложке рецептора. [15]

  1. ^ Баханд, М., Н. Ф. Буксейн, С. Ченг, С. Дж. Фон Хойнинген-Хюне, М. Дж. Стивенс и Г. Д. Бачанд. «Направленная самосборка 1D наноматриц из микротрубочек». РСК Адв. 4.97 (2014): 54641-4649. Веб. 15 февраля 2016 г.
  2. ^ Баханд, М., Н. Ф. Буксейн, С. Ченг, С. Дж. Фон Хойнинген-Хюне, М. Дж. Стивенс и Г. Д. Бачанд. «Направленная самосборка 1D наноматриц из микротрубочек». РСК Адв. 4.97 (2014): 54641-4649. Веб. 16 февраля 2016 г.
  3. ^ Сох, Хё Сон; Ким, До Хан; Мони, Прия; Сюн, Шишэн; Окола, Леонидас Э.; Залунец, Нестор Дж.; Глисон, Карен К.; Нили, Пол Ф. (июль 2017 г.). «Создание рисунка размером менее 10 нм посредством направленной самосборки пленок блок-сополимера с верхним покрытием, осажденным из паровой фазы» . Природные нанотехнологии . 12 (6): 575–581. Бибкод : 2017НатНа..12..575С . дои : 10.1038/nnano.2017.34 . ISSN   1748-3387 . ОСТИ   1373307 . ПМИД   28346456 .
  4. ^ «Перспективы технологии DSA для наномасштабного производства». Перспективы технологии DSA для наномасштабного производства. Институт молекулярной инженерии Чикагского университета, без веб-сайта. 16 февраля 2016 г.
  5. ^ Качуи, Незамоддин Н и др. «Направленная сборка клеточных гидрогелей для инженерных функциональных тканей». Органогенез 6.4 (2010): 234–244. ЧВК. Веб. 15 февраля 2016 г.
  6. ^ Бринкер, Чарльз Джеффри. «Самосборка, вызванная испарением: наноструктуры стали проще». Annuaire-cdf L'annuaire Du Collège De France 112 (2013): 825-31. Unm.edu. 15 июля 2013 г. Интернет. 17 февраля 2016 г.
  7. ^ Мол. САМОСБОРКА УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОК (nd): н. стр. МГУ.edu. Веб. 17 февраля 2016 г.
  8. ^ Писатель, общественный деятель .. «Литография наноимпринтов». Arc.Ask3.Ru. Фонд Викимедиа, февраль-март. 2011. Интернет. 17 февраля 2016 г.
  9. ^ Джонсон, Декстер. «Высокоскоростная направленная сборка наноструктур обещает большие изменения в электронике». Нп и Интернет. 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 микромасштабных гидрогелей, инкапсулирующих клетки, с помощью акустических волн». Биоматериалы 32.31 (2011): 7847-7855. НаукаДирект. Веб. 16 февраля 2016 г.
  12. ^ Диксит, Дайрия Дж. «Оптическая метрология для формирования узоров направленной самосборки с использованием скаттерометрии на основе спектроскопической эллипсометрии матрицы Мюллера». ProQuest Dissertations and Theses Global (2015): 3718824. ProQuest. Веб. 3 марта 2016 г.
  13. ^ Ван Лук, Л., Ринкон Дельгадильо, П., Ю-цун Ли, Поллентье, И., Гронхейд, Р., И Цао, Гуаньян Линь, Нили, П.Ф. «Квалификация решеток с высокой пропускной способностью для структур направленной самосборки с использованием оптического Метрология." Микроэлектроника 123 (2014): 175-179. НаукаДирект. Веб. 3 марта 2016 г.
  14. ^ Кромменгук, Питер Джон. «Самосборка магнитных цепей наночастиц в полимерах, управляемая магнитным полем». ProQuest Dissertations and Theses Global (2013): 3690306. ProQuest. Веб. 3 марта 2016 г.
  15. ^ Пескаглини, А., У. Эмануэле, А. О'Риордан и Даниэла Якопино. «Диэлектрофоретическая самосборка наностержней золота для сенсорных приложений». Iopscience.iop.org. Издательство IOP, 4 марта. 2016. Интернет. 4 марта. 2016.
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: edfcd55b6af6887c134906f91a840599__1643657940
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/ed/99/edfcd55b6af6887c134906f91a840599.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Directed assembly of micro- and nano-structures - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)