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挑战极限：Nature Nanotech.报道10 nm以下自组装图案

来源: X-MOL 2017-06-28 13:39:10

微电子领域目前最为重要的技术难题之一就是大规模制备更细更窄的纳米图案，这对芯片尺寸的微小化及其集成度有着十分重要的意义。而制备分辨率更高的纳米图案一直以来都是纳米技术领域的一大挑战，现有的工具都难以达到如此高的精度。嵌段共聚物定向自组装（directed self-assembly，DSA）是实现高分辨率纳米图案的有效手段之一。例如，聚苯乙烯-b-聚甲基丙烯酸甲酯（PS-b-PMMA）可被用于制备纳米尺度的周期性线条图案。尽管理论上嵌段共聚物经过适当的调节能够制备更细的图案，然而目前为止，制备间隔在10 nm以下的纳米阵列仍然较难（PS-b-PMMA自组装图案的极限尺寸在11 nm）。

最近，美国芝加哥大学的Paul F. Nealey和麻省理工学院的Karen K. Gleason等人成功实现了9.3 nm的嵌段共聚物定向自组装图案，创造了新的记录。相关论文发表在近期的Nature Nanotechnology 上。

方法流程示意图。图片来源：Nature Nanotech.

这篇论文的核心思路在于解决了两个关键问题：（1）如何设计能形成10 nm以下自组装图案的嵌段共聚物；（2）如何保证共聚物在表面能够定向自组装，形成竖直排列的图案。

一方面，嵌段共聚物发生相分离的关键热力学因素包括两个：分子量与相互作用参数χ，较大的分子量或相互作用参数均可降低嵌段共聚物的相容性，而为了得到尺寸更小的图案，需要提高热力学参数，以实现在较低分子量下的自组装过程，并形成更小的图案。研究者合成了P2VP-b-PS-b-P2VP三嵌段共聚物（BCP），其中P2VP是聚2-乙烯基吡啶。另一方面，界面能在自组装过程中起到了重要作用，由于该嵌段共聚物的相互作用参数较高，其在基底表面和在空气表面处的自组装行为有所差异，很难制备垂直排列的纳米线阵列。为了解决这个问题，研究者们在旋涂的嵌段共聚物薄膜表面，通过引发式化学气相沉积法（iCVD）沉积一层10 nm左右的聚合物层，使得上下表面均能诱导垂直于基底方向的纳米线图案形成。

通过热退火引发自组装后，再进行序列渗透合成法选择性的在P2VP相中沉积氧化铝，经过刻蚀后氧化铝沉积的图案得到保留，最终得到10 nm以下的图案。这项表面化学沉积涂层技术可以适用于高相互作用参数与低相互作用参数的嵌段共聚物体系。

当然，上述技术依然存在一些局限性，比如，嵌段共聚物自组装形成的缺陷还较多，解决这个问题在未来的研究中将是继续努力的方向。

纳米科技

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