CN101088044A - 基于sam生长的纳米制造 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于成核SAM生长的纳米制造工艺、由此制备的构图基板、由此制备的纳米线或纳米线格栅以及包括它们的电子器件。特别是，提供一种工艺，其包括向基板表面的第一表面区域施加第一SAM－形成分子物质，以便在第一表面区域上提供限定支架图案的第一SAM；以及至少向未被第一SAM覆盖的所述基板表面的第二表面区域施加第二SAM－形成分子物质，由此在基板表面上选择性地形成与所述第一SAM的至少一个边缘相邻的第二复制SAM，其包括所述第二SAM－形成分子物质。

Description

基于SAM生长的纳米制造
本发明涉及基于成核SAM生长的纳米制造工艺、由此制备的构图基板、由此制备的纳米线或纳米线格栅以及包括它们的电子器件。
小型化具有很多优点，例如包括处理时间、容易使用以及在从电子制造到生物传感器应用的范围内的不同领域内的灵活性(Sprossler，C.；Scholl，M.；Denyer，M.；Krause，M.；Nakajima，K.；Maelicke，A.；Knoll，W.；Offenhauser，Synthetic Metals 2001，117，281-283)。这些应用要求便宜和可靠的方法来制造极小的图案，优选能够对大的和复杂的基板进行构图。在电子器件中，通常产生这种小区域的方法是借助于光刻。然而，这种方法对于最小可获得的特征尺寸以及制造的速度和成本是有限制的。此外，对其的使用限制于平面基板，并且不能容易地扩展到生物应用。软光刻(具有如下共同点的各种技术：采用挠性聚合物掩模)旨在克服这些限制。它提供在单一步骤中直接转移局部化学官能性的机会。
微接触印刷(μCP)是软光刻构图技术，其中可以在构成的聚合物压印模(stamp)和基板之间的接触区域中转移被构图的自组装单层(SAM)。被构图的有机单层是引人注意的，因为它们能够在很大程度上屏蔽基板并允许表面化学性质的局部可调性。由于使用挠性压印模，并且还由于油墨分子的迁移性(包括单层的分子)，变得越来越难以产生小于大约1μm的特征。WO 96/29629介绍了一种印刷工艺，其中使用μCP将自组装分子单层形成在物体的表面上。
微接触印刷极其通用的，并且目前其应用主要受到压印模的机械稳定性的限制。尤其麻烦的是小隔离特征的印刷。这些特征之间的压印模中的中空部分必须相对深，以防止在印刷期间由于顶部下垂(挤压)产生不希望的接触，如图1的方案1A所示。这意味着这些特征本身相对于它们的“底部宽度”是很高的(具有高的纵横比)，这使它们更易于变弯曲，如图1的方案1B所示。为了解决如图1所示的这个限制而做了大量的研究。方法包括扣除压印模材料和压印模布图的设计规则(Alexander，B.；Michel，B.Journal of Applied Physics 2000，88，4310-4318；Hui，C.；Jaota，A.；Lin，Y.；Kramer，E.Langmuir 2002，18，1394-1407)，发展新颖的印刷机设计以更好地控制接触力(Delamarche，E.；Vichiconti，J.；Hall，S.A.；Geissler，M.；Graham，W.；Michel，B.；Nunes，R.Langmuir 2003，19，6567-6569；US 5725788；WO03/065120)，巧妙地使用油墨功能性和后加工(Delamarche，E.；Geissler，M.；Wolf，H.；Michel，B.J.Am.Chem.Soc.2002，124，3834-3835)以及进行压印模修改以控制油墨转移(Cherniavskaya，O.；Adzic，A.；Knutson，C.；Gross，B.J.；Zang，L.；Liu，R.；Adams，D.M.Langmuir 2002，18，7029-7034)。
隔离结构构成电子器件的重要部分。当使用软光刻方法时，产生这种隔离结构仍然很麻烦。尽管软光刻，即微接触印刷是非常有前途的，但是要在商业上可行，它就必须克服这个障碍。以上讨论的每个现有技术方法对可能的应用都有限制，因此需要研制一种“工具箱”，其具有尽可能覆盖很多可能性的方法。
WO 04/013697在一个实施例中描述了一种制造导电、半导电或绝缘材料的至少一个纳米线或纳米线格栅的方法。纳米线是使用μCP不容易获得的结构的例子。其应用例如是场发射器、线栅式偏振片(wire grid polarizer)或者微米或纳米电子器件中的互连。在WO04/013697中所描述的用于制造纳米线的方法需要图2所示的两步印刷工艺，其中在第一步骤中，在基板(3)的表面层(2)上印刷适当油墨的支架图案(scaffold pattern)(1)，并在第二步骤中，在该支架图案(1)的顶部印刷第二油墨(4)，该第二油墨(4)能够和允许在支架图案(1)的边界上扩散并越过该边界。使溢出的第二油墨(4)在基板(3)的表面层(2)上固定不动，因此形成遵循支架图案(1)的轮廓的边缘(带或线)。通过控制溢出的油墨(4)的量，可以控制所得到的线的尺寸。可以选择第二油墨(4)以提供高耐刻蚀性，因此可以通过化学刻蚀将纳米线图案转移成为基板(3)的表面层(2)的金属纳米线。然而，该方法的性质要求用于油墨(4)的第二印刷必须与支架图案(1)对准。而且，第一支架(1)的最小尺寸由包括油墨(4)的第二层的最小接触面积确定。近年来还发现预形成的单层的顶部上的扩散不是直接了当的，并且两种油墨必须紧密匹配，以便在合理的时间范围内(几分钟内)实现可评估的扩散。
本发明的目的是提供一种基于成核SAM生长的纳米制造工艺，其不需要用于油墨(4)的第二印刷必须与支架图案(1)对准。
根据本发明，该目的是通过对基板的至少一个表面进行构图来实现的，该工艺包括：
(i)向所述基板表面的第一表面区域施加第一SAM-形成分子物质(SAM-forming molecular species)，以便在所述第一表面区域上提供限定支架图案的第一SAM；以及
(ii)至少向所述基板表面的未被第一SAM覆盖的第二表面区域施加第二SAM-形成分子物质，由此在基板表面上选择性地形成与所述第一SAM的至少一个边缘相邻的第二复制SAM，其包括所述第二SAM-形成分子物质。
本发明基于以下认识：发明人已经惊人地发现，SAM在初始接触的区域以外的生长不只是被表面扩散或溶剂辅助转移控制(需要与墨源，即压印模直接接触)。更具体地，我们已经发现，例如通过气相转移可以进行可评估量的SAM生长，并且分子物质可以选择性地附着到预形成的单层的边缘和多个边缘上，如以下更详细的说明。
如这里所提及的那样，向基板表面的第二表面区域施加第二SAM-形成分子物质表示将第二SAM-形成分子物质直接(尽管优选无接触地)施加到第二表面区域，因此不表示第二SAM-形成分子物质迁移到其上，例如，如在WO 04/013697所示的现有技术中所看到的那样。当然，应该理解的是第二SAM-形成分子物质迁移到第二表面区域(其可以包括与第一SAM的至少一个边缘相邻的基板表面，在所述第一SAM上形成第二复制SAM)可以额外地发生，如实际上以下参考附图所示。另外，优选的是第二表面区域不仅包括未被第一SAM覆盖的基板表面，而且还包括将要被构图的基板表面区域之外的基板表面。
因此，优选的是施加第二SAM-形成分子物质不包括选择性地施加到第一SAM，例如，如在WO 04/013697中所看到的那样，并且在优选实施例中，提供一种对基板的至少一个表面进行构图的工艺，该工艺包括：
(i)向所述基板表面的第一表面区域施加第一SAM-形成分子物质，以便在所述第一表面区域上提供限定支架图案的第一SAM；以及
(ii)至少向所述基板表面的未被第一SAM覆盖的第二表面区域施加第二SAM-形成分子物质，并任选地还向位于所述基板表面的所述第一表面区域上的所述第一SAM的表面施加第二SAM-形成分子物质，由此在基板表面上选择性地形成与所述第一SAM的至少一个边缘相邻的第二复制SAM，其包括所述第二SAM-形成分子物质；其特征在于在步骤(ii)中施加所述第二SAM-形成分子物质不包括选择性地施加到所述第一SAM的表面上。
将参考附图对本发明的这些和其它方案进行进一步的说明。
图1是现有技术工艺中的基板和压印模的剖面图；
图2示出在WO 04/013697中所述的用于制造纳米线的方法，其需要两步印刷工艺；
图3示出根据本发明的在基板表面上形成第一和第二SAM的工艺；
图4(a)示出在基板表面层上形成纳米图案以进一步选择性地除去第一SAM的支架图案；
图4(b)示出进行选择性刻蚀以与SAM下面的表面层一起除去第一支架图案SAM中的每一个；
图4(c)示出形成至少一个纳米线或纳米线格栅；以及
图5示出通过根据本发明的方法获得的基板的AFM摩擦图像(friction image)。
图3进一步示出根据本发明的在基板表面上形成第一和第二SAM的工艺，其中对基板(3)的表面层(2)进行构图。装有包括第一SAM-形成分子物质的油墨的压印模(5)与基板(3)的表面层(2)接触。包括油墨的第一SAM-形成分子物质的第一SAM的支架图案(6)设置在表面层(2)上。包括第二SAM-形成分子物质的储液器(7)向支架图案(6)以及所示的其余未涂覆的表面层(2)提供第二SAM-形成分子物质，随后第二SAM-形成分子物质迁移离开支架图案(6)的表面，并形成与SAM支架图案(6)的边缘相邻的第二SAM复制图案(8)。
根据本发明的工艺还包括选择性刻蚀步骤，以便选择性地除去如由第一SAM限定的支架图案，由此提供选择性构图有第二复制SAM的基板，并且其中需要施加给它的另外的构图材料。
如现在由本发明提供的工艺相对于公知技术具有很大的优点，特别是，如下面所述，通过在基板的构图区域中选择性沉积材料或选择性刻蚀构图基板材料(如图4所示)制造纳米宽表面特征或自由直立的(free standing)纳米线。在图4中，方案4(a)表示在基板表面层(2)上形成纳米图案(9)以进一步选择性地除去如在图3中进一步所示的第一SAM的支架图案(6)。在形成这种纳米图案时，通常优选的是第一和第二SAM-形成分子物质呈现出不同的暴露表面功能性，基本上如下面更详细的描述。方案4(b)表示进行选择性刻蚀以与SAM(6)下面的表面层(2)一起除去如图3所示的第一支架SAM(6)中的每一个，并且还进一步进行选择性刻蚀以便除去下面的基板(3)和第二SAM(8)，由此形成由表面层材料(2)形成的至少一个纳米线或纳米线(10)的格栅。方案4(c)同样表示形成至少一个纳米线或纳米线(10)的格栅，但是其中纳米线或纳米线格栅是通过在第二SAM(8)上沉积材料(11)，随后进行选择性刻蚀以除去SAM(6)和(8)以及下面的基板材料(2)和(3)而形成的。
因此，根据本发明，还提供一种提供至少一个纳米线或纳米线格栅的工艺，该工艺包括：
(i)提供基板，其包括在基板表面下面的基板本体，所述基板表面包括基板表面材料；
(ii)向所述基板表面的第一表面区域施加第一SAM-形成分子物质，以便在所述第一表面区域上提供限定支架图案的第一SAM；
(iii)至少向所述基板表面的未被第一SAM覆盖的第二表面区域施加第二SAM-形成分子物质，由此在基板表面上选择性地形成与所述第一SAM的至少一个边缘相邻的第二复制SAM，其包括所述第二SAM-形成分子物质(其中优选地，施加所述第二SAM-形成分子物质不包括选择性地施加到所述第一SAM的表面上)；
(iv)进行选择性刻蚀，以便至少除去所述第一支架SAM和所述第一SAM下面的基板表面材料，以及实质上在步骤(i)中指定的整个下层基板本体；以及
(v)要么隔离包括所述基板表面材料的其余基板表面，有或没有所述第二复制SAM，要么隔离已经选择性地施加到所述第二复制SAM的构图材料，有或没有所述第二复制SAM。
根据上述工艺，在步骤(v)中，可以如下在上述工艺中在所选择的阶段将所提及的构图材料选择性地施加到第二SAM上。首先，在步骤(iv)的选择性刻蚀之前，将构图材料选择性地施加到如在步骤(iii)中形成的第二复制SAM上。或者，可以在步骤(iv)中选择性除去至少第一SAM之后，并且在某些实施例中，在步骤(iv)中选择性除去第一SAM和下面的基板表面材料之后，将构图材料选择性地施加到第二复制SAM上。
还应该理解的是，基板表面材料和下面的基板本体的材料可以是相同或不同的，只要表面材料便于在其上进行SAM生长即可，如以下更详细的描述。
如这里所述的第二SAM的选择形成意味着第二SAM-形成分子物质选择性地迁移到与第一SAM的至少一个边缘相邻的基板表面，其中相邻的基板表面区域通常具有大约1到100nm的横向尺寸。在优选实施例中，将第二SAM-形成分子物质施加到基板表面的第二表面区域和第一SAM的表面上，随后第二SAM形成在与第一SAM的至少一个边缘相邻的基板表面上，以便进一步将第二SAM-形成分子物质迁移到其上。在本实施例中，将第二SAM-形成分子物质施加到其上的第二表面区域至少包括与第一SAM的至少一个边缘相邻的基板表面，第二SAM选择性地形成在所述第一SAM上，并且该第二表面区域还可以优选包括在第一SAM的各个部分之间延伸的基板的未涂覆表面，其因此可以包括将要被构图的基板表面的区域以外的基板表面。因此，优选地，这种施加可以包括对基板表面和第一SAM的表面的基本上均匀的施加。或者，优选的是将第二SAM-形成分子物质施加于基板表面的第二表面区域，其与第一SAM的至少一个边缘隔开，因此再次包括将要被构图的基板表面的区域以外的基板表面，并且第二表面区域位于基板表面上，以便允许第二SAM-形成分子物质在被施加到其上时迁移到与第一SAM的至少一个边缘相邻的基板表面，由此在与第一SAM的至少一个边缘相邻的基板表面上选择性地形成第二复制SAM。根据本发明，已经发现第二复制SAM的构图是由第一SAM的支架图案来引导的，并且如上所示，在与第一SAM的至少一个边缘相邻的基板表面上选择性地形成包括第二SAM-形成分子物质的第二复制SAM。
不希望受到下面理论的限制，本发明人考虑到有两个效果对于与第一SAM的至少一个边缘相邻的第二复制SAM的优先沉积是很重要的。第一效果是基于涉及SAM形成工艺的热力学的考虑。在热力学平衡中，分子团簇(在这种情况下是SAM)对应于自由的、不成团簇的分子的特定表面密度。该密度与该团簇的尺寸相关。较小的曲率半径(小团簇或尖的特征)对应于较高的表面密度。
ρ = exp [ γ · Ω / r - E kT ] - - - ( I )
在等式(I)中，ρ表示对应于半径为r、边缘自由能量为γ、2D-浓缩焓(与从该团簇中提取一个分子并将其转移到无限远的热量)为E和该团簇中的分子所占据的面积为Ω的团簇的平衡表面密度。对于由相同分子组成的较大团簇附近的小团簇，表面密度的梯度将引起从小到大团簇的扩散转移。后者有效地“吃掉”前者(奥斯特瓦尔德熟化(Ostwald ripening))。当这些团簇由不同种类的分子构成时，只要产生两种分子之间的界面的能量消耗不太高，就会发生这种情况。由于预形成的单层总是大于在沉积期间可能自发形成的任何团簇，所以新沉积的分子将趋于扩散并附着到预形成的图案边缘上。
第二效果源于考虑SAM形成的动能。分子附着到表面上的速度基本上由分子“访问”该表面的速度(撞击速度)和它们被永久结合的概率所决定。后者涉及未被结合的分子保持在基板表面的时间(停留时间)和它具有用于结合的正确取向的概率。由于自组装分子的特性，它们彼此之间具有相对较高的亲合力。因此，在预形成的单层附近，分子可以具有比在裸基板的区域中更长的停留时间。而且，由于它们的优化其范德瓦尔斯相互作用的趋势，新到达的分子将趋于与已有的单层对准，由此增加了有利取向的概率。
这些考虑预示着接近在预形成的单层的边缘上生长线的范围的可能性。一旦印刷了支架SAM，不必对第二SAM的沉积进行进一步位置控制。只是必须控制沉积材料的量。而且，除了能形成SAM的油墨以外，对油墨几乎没有任何额外的要求。
下面的基板表面和SAM-形成分子物质优选选择成分子物质终止于官能团的第一端，该官能团结合到所希望的表面(基板或施加到其上的表面膜或涂层)。如这里使用的，术语分子物质的“端”和“终止”表示包括分子的物理终端以及分子可用于与表面形成键以便分子物质可以形成SAM的任何部分，或者当分子涉及形成SAM时分子保持暴露的任何部分。SAM-形成分子物质通常包括具有由间隔部分分开的第一和第二终端的分子，第一终端包括选择结合到表面(基板或施加到其上的表面膜或涂层)上的官能团，第二端基任选地包括被选择在具有所希望的暴露功能性的表面上提供SAM的官能团。分子的间隔部分可以被选择提供最终SAM的特定厚度，以及便于SAM形成。尽管本发明的SAM在厚度上可以变化，如下所述，但是厚度小于大约100埃的SAM一般是优选的，更有选厚度小于大约50埃的SAM，更有选厚度小于大约30埃的SAM。这些尺寸一般是通过选择SAM-形成分子物质、特别是其间隔部分来确定的。
各种各样的下层表面(其上将要形成SAM的暴露基板表面)和SAM-形成分子物质适合用于本发明。下面给出基板表面材料(可以是基板本身或施加到其上的膜或涂层)和在SAM-形成分子物质中包含的官能团的组合的非限制性的典型列表。优选的基板表面材料可以包括金属，例如金、银、铜、镉、锌、镍、钴、钯、铂、汞、铅、铁、铬、锰、钨和上述金属的合金，通常与SAM-形成分子物质中的含硫官能团一起使用，其中所述含硫官能团例如是硫醇、硫化物、二硫化物等；用硅烷或氯硅烷的掺杂或非掺杂的硅；表面氧化物形成金属或金属氧化物，例如二氧化硅、氧化铟锡(ITO)、氧化铟锌(IZO)、氧化镁、氧化铝、石英、玻璃等，通常与SAM-形成分子物质中的羧酸或杂有机酸一起使用，包括膦酸、磺酸或异羟肟酸、烷氧基甲硅烷基和卤代甲硅烷基；铂和钯，通常与SAM-形成分子物质中的腈和异腈一起使用。SAM-形成分子物质中的另外的适当官能团可以包括酸性氯化物、酸酐、羟基和氨基酸基。另外的基板表面材料可以包括锗、镓、砷和砷化镓。
然而，优选地，在根据本发明的工艺中使用的其上将要形成SAM的下层暴露基板表面通常包括金属基板，或者基板的至少一个表面，或者沉积在基板上的薄膜或涂层，在其上印刷图案，包括可以从由金、银、铜、镉、锌、镍、钴、钯、铂、汞、铅、铁、铬、锰、钨和上述金属的合金组成的组中适当选择的金属。优选地，基板或其上印刷图案的基板的至少一个表面包括金。因此，将要涂覆SAM的暴露基板表面可以包括基板本身，或者可以是沉积在基板或基板本体上的薄膜或涂层，或者可以包括导电的和绝缘的材料的构图层。在采用分离基板或基本本体的情况下，它可以由导电的、非导电的、半导电的材料等形成。
在本发明的优选实施例中，选择作为下层基板表面材料的金与具有至少一种含硫官能团如硫醇、硫化物、二硫化物的SAM-形成分子物质的组合，在所述下层基板表面材料上将形成SAM。金和这种含硫官能团之间的相互作用在本领域中是公知的。
包括SAM-形成分子物质的分子的中心部分一般包括连接被选择结合到表面上的官能团的间隔功能性和暴露功能性。或者，如果除了间隔物之外未选择特定的官能团，则间隔物可主要包括暴露功能性。不破坏SAM密封的任何间隔物都是合适的。间隔物可以是有极性的、无极性的、带正电的、带负电的或不带电的。例如，可以采用含饱和或不饱和的、直链或分支的烃或卤代烃的基团。这里使用的术语烃可以表示直链的、分支的和环状脂肪族和芳香族基团，并且通常可以包括烷基、烯基、炔基、环烷基、环烷基烷基、芳基、芳基烷基、芳基烯基和芳基炔基。术语“含烃基团”也允许存在碳和氢以外的原子，通常例如是氧和/或氮。例如，一个或多个甲醛或环氧乙烷，一部分可以存在于含烃基团中；还可以使用烷基化的氨基。适当地，烃基可以含有高达35个碳原子，典型地高达30个碳原子，更典型地高达20个碳原子。还可以采用相应的卤代烃，尤其是氟代烃。在优选情况下，氟代烃可以由通式F(CF2)k(CH2)l表示，其中k通常是值在1和30之间的整数，l是值在0和6之间的整数。更优选地，k是5和20之间的整数，尤其是8和18之间的整数。当然，应认识到尽管以上是作为k和l的值的优选范围给出的，但是根据本发明的原理可以改变k和l的特定选择。还应该理解的是，术语“含烃基团”还允许存在碳和氢以外的原子，通常是O或N，如上所述。
上面的烃间隔基团还可以进一步由本领域公知的取代基来取代，例如C1-6烷基、苯基、C1-6卤代烷基、羟基、C1-6烷氧基、C1-6烷氧基烷基、C1-6烷氧基C1-6烷氧基、芳氧基、酮基、C2-6烷氧基羰基、C2-6烷氧基羰基C1-6烷基、C2-6烷基羰氧基、芳基羰氧基、芳基羰基、氨基、单-或双-(C1-6)烷基氨基，或本领域中已知的任何其它适当的取代基。
SAM-形成分子物质可以在与具有官能团的末端相反的第二末端终止，所述官能团被选择以任何功能性结合到特定的基板材料上。根据本发明，优选的是这里所述的第一SAM-形成分子物质以结合到所希望的基板材料上的官能团终止于第一末端，并以当这些物质形成SAM时暴露的功能性终止于第二末端，并且其包括极性基团。根据本发明，还优选的是这里所述的第二SAM-形成分子物质以结合到所希望的基板表面上的官能团终止于第一末端，并以当这些物质形成SAM时暴露的功能性终止于第二末端，并且其包括无极性基团。适当的极性基团的例子包括-OH、-CONH、-NCO、-NH2、-COOH、-NO2、-COH、-COCl、-PO4 2-、-OSO3 -、-SO3 -、-CONH2、-(OCH2CH2)nOH、-(OCH2CH2)nOCH3(其中n＝1-100)、-PO3H-、-CN、-SH、CH2I、-CH2Cl、以及-CH2Br。适当的非极性基团可以是烷基。根据相同的实施例，官能团将确切限定分子物质的终端，而根据其它实施例，官能团不将确切限定分子物质的中断，但将是暴露的。
因此，SAM-形成分子物质一般包括具有通用结构R’-A-R”的物质，其中R’被选择结合到材料的特定表面上，A是间隔物，R”是当这些物质形成SAM时暴露的基团，并被选择呈现出所需的表面特性，基本上所前所述。而且，分子物质可以包括具有通用结构R”-A’-R’-A-R”的物质，其中A’是第二间隔物或与A相同，或者R-A’-R’-A-R”，其中R是与R”相同的或不同的暴露功能性。
因此，适当地，SAM-形成分子物质可以从含硫分子中选择，例如烷基或芳基硫醇、二硫化物、二硫杂环戊烷等、羧酸、磺酸、膦酸、异烃肟酸等，或者其它反应化合物，例如甲硅烷基卤化物等。
适合用作与金、银或铜基板一起使用的SAM-形成分子物质的特定种类的分子包括具有通用结构R’-A-R”的官能化硫醇，其中R’可表示-SH，A可表示含烃或卤代烃的基团，R”可表示官能性端基。第一SAM-形成分子物质的优选例子是16-巯基十六酸(MHDA)。第二SAM-形成分子物质的优选例子是十八烷硫醇(ODT)。
根据本发明提供的第一SAM可以通过本领域公知的适当技术，例如通过从溶液或从气相吸附来形成，或者可以利用采用平面的未结构化的压印模的压印步骤来施加，或者可以通过微接触印刷技术来施加，所述微接触印刷技术一般优选用于根据本发明的工艺施加第一SAM。优选地，限定所需图案的构图压印模装有包括第一SAM-形成分子物质的油墨，并与要被构图的基板的表面接触，被构图的压印模设置成将油墨提供到基板表面的接触区域。
通常，在根据本发明的方法中采用的压印模包括至少一个凹槽或凹凸图案(relief pattern)，它们与限定第一压印图案的压印表面毗邻。压印模可以由聚合物材料形成。适合用于制造压印模的聚合物材料包括直线或分支的主链，并且可以是交联的或非交联的，这取决于特定的聚合物和压印模的所希望的可成形性程度。各种弹性体聚合物材料适合于这种制造，特别是聚硅氧烷聚合物、环氧聚合物和丙烯酸酯聚合物的普通种类的聚合物。适合用作压印模的聚硅氧烷弹性体的例子包括氯硅烷。特别优选的聚硅氧烷弹性体是聚二甲基硅氧烷(PDMS)。
一般情况下，第一SAM-形成分子物质溶解在溶剂中，以转移到压印表面。在这种溶剂中用于转移的分子物质的浓度应该选得足够低，以至于这些物质被很好地吸收到压印表面中，并且选得足够高，以至于可以将被很好限定的第一SAM转移到基板表面而不会混乱。通常，第一SAM-形成分子物质将在溶剂中以小于100mM的浓度被转移到压印表面上，所述小于100mM的浓度优选从大约0.5到大约20.0mM，更优选从大约1.0到大约10.0mM。分子物质溶解在其中并且可以由压印表面承载(例如吸收)的任何溶剂都是适合的。在这种选择中，如果压印表面是相对极性的，则可以有利地选择相对极性和/或质子溶剂。如果压印表面是相对非极性的，则可以有利地选择相对非极性的溶剂。例如，可以采用甲苯、乙醇、THF、丙酮、异辛烷、环己烷、二乙醚等。当选择诸如如上所述的聚二甲基硅氧烷弹性体(PDMS)的硅氧烷聚合物用于制造压印模、特别是压印模表面时，甲苯、乙醇、环己烷、萘烷和THF是优选的溶剂。使用这种有机溶剂一般有助于压印表面吸收第一SAM-形成分子物质。当将分子物质转移到压印表面时，在溶剂附近或在溶剂中，在执行压印工艺之前应该对压印表面进行干燥。如果在将SAM压印到材料表面上时压印表面不是干燥的，则可能导致SAM的混乱。可以对压印表面进行空气干燥、吹气干燥或用任何其它方便的方式进行干燥。应该简单地选择干燥方式，以便不使SAM-形成分子物质退化。
优选地，可以利用非接触气相沉积或其它公知的沉积策略将第二SAM-形成分子物质施加到基板表面的第二表面区域和/或第一SAM的表面上，其中所述非接触气相沉积采用低浓度的第二SAM-形成分子物质，所述其它公知的沉积策略不包括至第一SAM的选择性施加，并因而不要求构图模板的位置对准或位置控制，以便实现将第二SAM-形成分子物质从构图模板选择性地转移到第一SAM。因此，适当的施加技术包括气相沉积或溶液沉积，例如，浸渍涂覆或喷射。可以采用微接触印刷以施加第二SAM-形成分子物质，例如在将第二SAM-形成分子物质施加到基板表面的第二表面区域时，所述第二表面区与第一SAM的至少一个边缘隔开，尽管不对准压印模以实现将第二SAM-形成分子物质选择施加到第一SAM的表面上，如现有技术所要求的那样，例如WO 04/013697。
在本发明的具体实施例中，我们已经在两个步骤中使用构图压印模用16-缩硫醇十六烷酸(MHDA)和n-十八烷硫醇(ODT)印刷金基板。图5示出这种印刷基板的AFM摩擦图像。压印模图案不互相对准，从而在最终的基板中看到表面区域，其中不发生与压印模的接触，只有一次(与装有两种油墨中的任何一种的压印模)或两次(与两个压印模中的每一个接触一次)。在图5的摩擦图像中，非常暗的区域(相对于背景)表示具有主要由ODT分子构成的低摩擦的SAM区域，亮区具有主要由MHDA分子构成的高摩擦。观察图5可以看到甚至在第二印刷步骤中在装有ODT的压印模和基板之间不发生直接接触的区域中在隔离的亮特征(高摩擦力)周围的低摩擦线。这证实了ODT已经迁移到MHDA图案的边缘，不存在压印模和图案的直接接触(因此汽相沉积)。进一步参见图5，其中示出随后用16-缩硫醇十六烷酸(MHDA)和n-十八烷硫醇(ODT)印刷的金基板的摩擦力AFM图像。左侧图像是100μm×100μm，右侧图像是22μm×22μm。隔离的亮特征(高摩擦)周围的暗线(低摩擦)表示ODT已经迁移到MHDA图案的边缘，不存在压印模和图案的直接接触(因此汽相淀积)。ODT线在30秒内生长。
奥斯特瓦尔德熟化是用于常用油墨的非常缓慢的工艺，由于它们的低迁移性，一次建立一团。可以认为分子和沉积温度的适当选择将增加熟化工艺的速度。此外，通过降低沉积速度、降低分子对于裸基板的亲合力和增加其对于预形成的单层的亲合力而可以最大限度地利用SAM的催化作用。
本发明还提供一种制造电子器件的工艺，该电子器件包括基本上如上所述制备的构图基板。适当的电子器件例如包括晶体管、生物传感器、LCD和光学器件。
本发明还提供一种制造电子器件的工艺，该电子器件包括基本上如上所述制备的至少一个纳米线、或者纳米线格栅。如这里使用的，术语“纳米线”不限于具有对称横截面的线。本发明提供的纳米线还可以指纳米带。包括这种纳米线或纳米线格栅的电子器件的例子是场发射器、线栅式偏振片和微电子器件。

Claims (14)

1、一种对基板的至少一个表面进行构图的工艺，该工艺包括：
(i)向所述基板表面的第一表面区域施加第一SAM-形成分子物质，以便在所述第一表面区域上提供限定支架图案的第一SAM；以及
(ii)至少向所述基板表面的未被所述第一SAM覆盖的第二表面区域施加第二SAM-形成分子物质，由此在基板表面上选择性地形成与所述第一SAM的至少一个边缘相邻的第二复制SAM，其包括所述第二SAM-形成分子物质。
2、根据权利要求1所述的工艺，还包括选择性刻蚀步骤，以便选择性除去所述第一SAM，从而提供被选择性构图而至少具有所述第二复制SAM的基板。
3、一种提供至少一个纳米线或纳米格栅的工艺，该工艺包括：
(i)提供基板，其包括在基板表面下面的基板本体，所述基板表面包括基板表面材料；
(ii)向所述基板表面的第一表面区域施加第一SAM-形成分子物质，以便在所述第一表面区域上提供限定支架图案的第一SAM；
(iii)至少向所述基板表面的未被所述第一SAM覆盖的第二表面区域施加第二SAM-形成分子物质，由此在基板表面上选择性地形成与所述第一SAM的至少一个边缘相邻的第二复制SAM，其包括所述第二SAM-形成分子物质；
(iv)进行选择性刻蚀，以便至少除去所述第一支架SAM和所述第一SAM下面的基板表面材料，以及实质上在步骤(i)中指定的整个下层基板本体；以及
(v)要么隔离包括所述基板表面材料的其余基板表面，有或没有所述第二复制SAM，要么隔离已经选择性地施加到所述第二复制SAM的构图材料，有或没有所述第二复制SAM。
4、根据权利要求1至3中任一项所述的工艺，其中将所述第二SAM-形成分子物质施加到所述基板表面的所述第二表面区域和所述第一SAM的表面上。
5、根据权利要求1至4中任一项所述的工艺，其中所述第一SAM-形成分子物质以结合到所述基板表面的官能团终止于第一末端，并以在这些物质形成SAM时暴露的功能性终止于第二末端，并且其包括极性基。
6、根据权利要求5所述的工艺，其中所述第一SAM-形成分子物质是16-巯基十六酸。
7、根据权利要求1至6中任一项所述的工艺，其中所述第二SAM-形成分子物质以结合到所述基板表面的官能团终止于第一末端，并以在这些物质形成SAM时暴露的功能性终止于第二末端，并且其包括无极性基。
8、根据权利要求7所述的工艺，其中所述第二SAM-形成分子物质是十八烷硫醇。
9、根据权利要求1至8中任一项所述的工艺，其中所述第一SAM-形成分子物质通过微接触印刷施加到所述基板表面上。
10、根据权利要求1至9中任一项所述的工艺，其中所述第二SAM-形成分子物质基本上均匀地施加到所述基板表面和所述第一SAM的表面上。
11、根据权利要求1至10中任一项所述的工艺，其中通过无接触沉积施加所述第二SAM-形成分子物质。
12、根据权利要求11所述的工艺，其中通过气相沉积施加所述第二SAM-形成分子物质。
13、一种制造电子器件的工艺，该电子器件包括根据权利要求1、2或4至12中任一项所述的工艺制备的构图基板。
14、一种制造电子器件的工艺，该电子器件包括根据权利要求3至12中任一项所述的工艺制备的至少一个纳米线或纳米线格栅。
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