JP2009510208A - 配向されかつナノ構造化されたポリマー表面を調製する方法 - Google Patents
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Abstract
Description
a)ポリマー表面をブラッシングし、基板はアモルファス状態にある工程と、
b)工程a)の最後に得られる配向ポリマー表面を溶媒蒸気と接触させ、前記溶媒は、
- |δpoly-δsol|/[(δpoly+δsol)/2]<0.3(δpolyおよびδsolは、それぞれポリマーおよび溶媒の溶解性パラメータを示し)、
- γsol<γpoly(γsolおよびγpolyは、それぞれ溶媒およびポリマーの自由表面エネルギーを示す)であるように選択される工程とを含む方法を提案する。
- 一連の同一の基板について工程a)を同一の条件下で実行し、
- 工程a)の最後に得られるそれぞれの基板について同じ溶媒を用い、同じ温度で、基板ごとに処理の持続時間を変化させることによって、工程b)を実行し、
- 工程b)の後にそれぞれの基板の表面に作られる粗さを決定し、
- 所望の粗さをもたらす加工条件を特定する
ことを含む。
- 一連の同一の基板について工程a)を同一の条件下で実行し、
- 工程a)の最後に得られるそれぞれの基板について同じ溶媒を用い、同じ持続時間で、基板ごとに処理温度を変化させることによって、工程b)を実行し、
- 工程b)の後にそれぞれの基板の表面に作られる粗さを決定し、
- 所望の粗さをもたらす加工条件を特定する
ことを含む。
この例は、1つの表面がビスフェノールAポリカーボネートで被覆された基板の調製に関係し、結晶化に使用される溶媒はアセトンである。
表面がアイソタクチックポリスチレンで被覆された基板を調製した。結晶化に用いた溶媒はアセトンであった。
この例は、ポリカーボネートの膜で被覆された表面を持つSi(100)基板の調製および特性決定に関係する。
使用されるSi(100)基板は、4S41/90を参照してSilchemから販売され、以下の特徴を持つ:ウェーハ径 100mm、比抵抗 53.5ohm/cm、厚さ460ミクロン。
ポイントa)およびb)に記載した実験は、ポリカーボネートの溶媒蒸気への暴露の持続時間およびそれらの深さの関数としてポリカーボネートの構造および配向を調べることを目的とした。
実験は、アセトン蒸気にそれぞれ0,2,3,4および6分間暴露した時間に対応する、5つの異なる試料について実行された。図8は、アセトン蒸気への暴露時間の関数としての、鏡面反射率の変化を示す。
照角(glancing angle)X線回折測定を用ることによって、深さの関数としての膜の構造の試験が可能となった。全反射の臨界角は、χc=0.15°のオーダーであった。これは、χ=0.10°について6nm、およびχ=0.15°について60nmオーダーのX線の透過深度の推定に用いることができた。χ=0.18°については、透過深度がポリマー膜の厚さを超える。
この分子は、電界効果トランジスタの製造のために使用される有機半導体である。光学顕微鏡画像(図10aおよび10b)および波長ラムダ(ナノメートル)の関数としての吸光度Aを示すグラフ;(図11)は、それぞれ、光吸収において高い複屈折性および強い異方性を強調している。これらの結果は、配向PTFE基板について得られるものと同様の、基板上の高度な分子配向を示唆する(M Brinkmann et al, J Phys Chem B, 107, 10531, 2003を参照)。
図12a-cは、それぞれ40℃、75℃および100℃の堆積温度について配向ポリカーボネート基板上に堆積された亜鉛フタロシアニンZnPcの薄膜(50nm)の、原子間力顕微鏡によって得られたトポグラフィー画像を示す。図13a-bは、100℃の基板温度Tsにて堆積された、50nmの厚さを持つフタロシアニンの膜についての、それぞれ明視野画像および対応する回折画像を示す。得られた結果は、亜鉛フタロシアニンの配向の程度は基板温度とともに増大し、基板の配向は100℃の温度まで維持されることを示す。補助的な実験は、基板の配向力が少なくともTs=130℃まで維持されることを示している。
原子間力顕微鏡によってよって得られた、配向ポリカーボネートの基板上に29℃の基板温度Tsで堆積されたコロネンの薄膜(50nm)のトポグラフィー画像(図14a)は配向結晶によって構成された表面を示す一方で、対応する回折画像(図14b)は、フタロシアニンについて観察されたものと同様の高い配向の程度を示す、微かに弓形の回折斑を示した。
配向され、かつナノ構造化された基板上への、蒸発によるおよそ20ナノメートルの金の堆積は、比較的狭い粒径分布を持った金ナノ粒子の形成をもたらす。原子間力顕微鏡分析(図15)は、ナノ構造化された基板の表面によるナノ粒子の顕著な配列を示した。入射波の偏光がポリカーボネート基板のブラッシング方向に対して垂直に配向されている場合は、これらの膜の光吸収は偏光され、およそ700nmの吸収極大を持っていた(波長ラムダ(ナノメートル)の関数としての吸光度を示す図16)。光吸収は、参照として配向されていないPC上に金の膜を適用することによって測定されたことに注目すべきである。
Claims (22)
- 少なくとも1つの表面がポリマーにより構成された基板を調製する方法であって、前記ポリマー表面は配向され、かつナノ構造化されており、前記方法は以下の連続した、
a)ポリマー表面をブラッシングし、基板はアモルファス状態にある工程と、
b)工程a)の最後に得られる配向ポリマー表面を溶媒蒸気と接触させ、前記溶媒は、
- |δpoly-δsol|/[(δpoly+δsol)/2]<0.3(δpolyおよびδsolは、それぞれポリマーおよび溶媒の溶解度パラメータを示す)、
- γsol<γpoly(γsolおよびγpolyは、それぞれ溶媒およびポリマーの自由表面エネルギーを示す)であるように選択される工程と
を含むことを特徴とする方法。 - 前記基板が前記ポリマーにより構成されることを特徴とする請求項1による方法。
- 前記基板が、少なくとも1つの表面がポリマーの膜で被覆された化学的に不活性な材料によって形成される支持体からなることを特徴とする請求項1による方法。
- 前記ポリマー膜が50ナノメートルないし数ミクロンの範囲の厚さであることを特徴とする請求項3による方法。
- 前記ポリマーが、ポリカーボネート、フッ素化ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレートまたはポリエチレンナフタレート、ポリ乳酸のようなポリエステルおよびアイソタクチックポリスチレンを含む群より選択されることを特徴とする請求項1ないし4のいずれか1項による方法。
- 前記ポリマーがビスフェノールAポリカーボネートであることを特徴とする請求項5による方法。
- 前記ポリマーがビスフェノールAポリカーボネートであり、前記溶媒がアセトン、トルエン、クロロベンゼン、テトラヒドロフランおよびシクロヘキサノンからなる群より選択されることを特徴とする請求項1による方法。
- 前記ポリマーがポリカーボネート(ビスフェノールA)、ポリエチレンテレフタレートおよびナフタレート、ポリ乳酸ならびにアイソタクチックポリスチレンからなる群より選択され、前記溶媒がアセトンであることを特徴とする請求項1による方法。
- 前記ポリマーがアイソタクチックポリスチレンであり、前記溶媒がアセトンであることを特徴とする請求項1による方法。
- 工程b)の後に前記ポリマー表面に一定の粗さを作るための必要な条件を決定する予備的な工程を含むことを特徴とする請求項1による方法。
- 前記予備的な工程が、
- 一連の同一の基板について工程a)を同一の条件下で実行し、
- 工程a)の最後に得られるそれぞれの基板について同じ溶媒を用い、同じ温度で、基板ごとに処理の持続時間を変化させることによって、工程b)を実行し、
- 工程b)の後にそれぞれの基板の表面に作られた粗さを決定し、
- 所望の粗さをもたらす加工条件を特定する
ことを含むことを特徴とする請求項10による方法。 - 前記予備的な工程が、
- 一連の同一の基板について工程a)を同一の条件下で実行し、
- 工程a)の最後に得られるそれぞれの基板について同じ溶媒を用い、同じ持続時間で、基板ごとに処理温度を変化させることによって、工程b)を実行し、
- 工程b)の後にそれぞれの基板の表面に作られる粗さを決定し、
- 所望の粗さをもたらす加工条件を特定する
ことを含むことを特徴とする請求項10による方法。 - 前記予備的な工程を実行した後に、前記予備的な工程の最後に特定される条件下で工程a)およびb)を実行することを特徴とする請求項11または請求項12による方法。
- 少なくとも1つの表面がポリマーの膜で被覆されている化学的に不活性な材料から形成される支持体により構成された基板であって、前記表面は配向され、かつナノ構造化されており、前記表面は交互のアモルファス領域と結晶ラメラとの交代性があることを含む周期構造を持ち、結晶ラメラ/アモルファス領域の配列に関連する周期性が5ないし100nmの範囲にあることを特徴とする基板。
- 前記支持体がスライドガラス、シリコンウェーハ、導電性ガラスまたは金属表面であることを特徴とする請求項14による基板。
- 有機半導体の配向堆積のための、請求項14または請求項15による基板の使用。
- ペンタセンの配向堆積のための、請求項16による使用。
- 亜鉛フタロシアニンの配向堆積のための、請求項16による使用。
- コロネンの配向堆積のための、請求項16による使用。
- 有機染料の配向堆積のための、請求項14または請求項15による基板の使用。
- コロイド粒子の配向堆積のための、請求項14または請求項15による基板の使用。
- 金粒子の配向堆積のための、請求項21による使用。
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