[發(fā)明專利]利用嵌段分子自組裝制備取向可調(diào)亞5nm納米模板的方法

有效

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• 申請日: 2021-05-19
• 公開（公告）號: CN113372557B
• 公開（公告）日: 2022-05-20
• 發(fā)明（設計）人: 楊巍璐;沈志豪;范星河;湯哲浩
• 申請（專利權(quán)）人: 北京大學
• 主分類號: C08G77/388
• 分類號: C08G77/388;C08G77/38;C08J5/18;C08J7/02;C08J7/00
• 代理公司: 北京萬象新悅知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11360
• 代理人: 李稚婷

本發(fā)明公開了一種利用嵌段分子自組裝制備取向可調(diào)亞5nm納米模板的方法。將單分散低聚二甲基硅氧烷(ODMS)與卟啉液晶核相連接合成含ODMS的有機?無機雜化嵌段分子，利用ODMS與卟啉之間的強化學不相容性和強相分離能力，本體組裝得到周期尺寸5nm以內(nèi)的結(jié)構(gòu)。將嵌段分子通過旋涂的方法制備成薄膜，得到5nm以內(nèi)的納米模板。通過調(diào)節(jié)ODMS的鏈長可對自組裝的結(jié)構(gòu)和尺寸進行調(diào)控，并且可通過表面誘導等方法控制自組裝結(jié)構(gòu)的平行或垂直取向。本發(fā)明制備納米模板不需要復雜的工藝和昂貴的精密儀器，組裝結(jié)構(gòu)的周期尺寸小于5nm，條紋狀組裝結(jié)構(gòu)中對應的納米圖案的線寬在3nm以內(nèi)，小于目前光刻技術(shù)的線寬極限5nm，有望應用于下一代集成電路中晶體管的制造。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及嵌段分子的自組裝，尤其涉及有機-無機雜化嵌段分子的薄膜自組裝，以及利用表面誘導等方法調(diào)控薄膜組裝結(jié)構(gòu)中的平行或垂直取向，主要應用于代替光刻法模板化技術(shù)制備亞5nm納米模板，屬于納米化學領(lǐng)域。

背景技術(shù)

在過去的半個世紀里，隨著信息技術(shù)的迅速進步，集成電路上晶體管的密度不斷增加，芯片性能不斷提升，這也被稱為摩爾定律。在向未來人工智能世界進一步發(fā)展的過程中，摩爾定律需要進一步擴展，這也意味著需要制備更精細的納米模板。制備納米模板的方法有基于光刻技術(shù)的“自上而下”法和基于自組裝的“自下而上”法。“自上而下”的光刻法已經(jīng)成為半導體行業(yè)中普遍采用的模板制作方法，利用波長13.5nm的極紫外光(EUV)進行光刻雖然可以得到近5nm線寬的圖案，但具體操作過程非常復雜且設備昂貴。基于自組裝的“自下而上”技術(shù)正在變得越來越具有吸引力。

嵌段共聚物(BCPs)是指由兩個或多個化學結(jié)構(gòu)不同的聚合物通過化學鍵相連所形成的新的聚合物分子。由于不同鏈段之間的不相容性，BCPs可以發(fā)生微相分離，形成周期尺寸通常在10～100nm范圍的納米有序結(jié)構(gòu)。BCPs可以通過薄膜組裝在半導體材料如硅片上得到納米圖案。但是，基于BCPs的薄膜組裝得到的納米圖案最小周期尺寸是由BCPs自組裝所形成的周期尺寸決定的，而BCPs發(fā)生微相分離的前提是兩種鏈段之間的相互作用參數(shù)χ和總聚合度N的乘積χN值超過10.5，通常這些BCPs具有較大的分子量，這使得通過典型的BCPs自組裝所得到的結(jié)構(gòu)的周期尺寸的極限為～10nm。同時BCPs具有多分散性，導致所形成組裝結(jié)構(gòu)的有序性較差。

在BCPs納米模板的研究方面，含硅的無機構(gòu)筑段聚二甲基硅氧烷(PDMS)被廣泛應用。PDMS一般為黏稠的液體，有著很好的抗氧化性能，在氧等離子體刻蝕后能形成氧化硅硬模板。但是含PDMS的嵌段共聚物自組裝形成5nm以內(nèi)的組裝結(jié)構(gòu)難度較大，且PDMS作為聚合物其分散度難以精確控制，這大大限制了其在納米圖案化過程中的進一步應用。2016年，E.W.Meijer課題組通過循環(huán)化學合成的方法分別得到了單邊、雙邊官能化的單分散低聚二甲基硅氧烷(ODMS)。含ODMS的嵌段分子，與普通的含PDMS的嵌段共聚物相比，組裝結(jié)構(gòu)的周期尺寸減小，有序性增加，這些結(jié)果對以后納米模板的分子設計和材料研究起著重要的指導意義。

發(fā)明內(nèi)容