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ナノスフィアリソグラフィー（NSL）は、単層の六方最密充填または類似のナノスケール特徴パターンを生成するための経済的な技術である。一般に、NSLは、ナノメートルサイズのラテックスまたはシリカ球の平面配列をリソグラフィーマスクとして使用し、ナノ粒子アレイを製造する。[1] NSLは、球の自己組織化単層（通常はポリスチレン製で、水性懸濁液として市販されていることが多い）を蒸発マスクとして使用する。これらの球は、ラングミュア・ブロジェット法、ディップコーティング法、スピンコーティング法、溶媒蒸発法、フォースアセンブリ法、空気水界面法など、複数の方法を使用して堆積することができる。 [2] [3] [4] [5]この方法は、正確に制御された間隔の金ナノドットを含む、さまざまなナノパターンのアレイを製造するために使用されている。[6]
ナノスフィア単層の準備
リソグラフィーマスクとして使用されるナノスフィアの単層は、複数の方法で作成できます。
ラングミュア・ブロジェット法は、ナノ粒子を水溶液に浮かべたラングミュア・ブロジェットトラフ内に入れて単層を形成する堆積法である。バリアと表面圧力センサーの助けを借りて、粒子は自動的に所望の充填密度に圧縮される。コーティングは電動ディッパーの助けを借りてこの充填密度で行われ、バリアは所望の粒子充填密度を維持する。ラングミュア・ブロジェット法の利点は、粒子充填密度とコーティング厚さ（単層または多層を作成可能）の厳密な制御と、大きな均質領域をコーティングする能力である。[3]ラングミュア・ブロジェット法によるマスクの準備は、例えばSiO 2粒子[7]とポリスチレン粒子を使用して実証されている。[8]
ディップコーティングは、ラングミュア・ブロジェット法の簡略版です。ディップコーティングでは、ナノスフィアの充填密度は制御されませんが、コロイド粒子溶液に直接ディッピングが行われます。ディップコーティングは、粒子分布の正確な制御が要求されない用途に効果的な方法です。[3]
スピンコーティング法と溶媒蒸発法は、大きな面積の粒子を生成できるが、層の均一性や厚さの制御には限界がある。[3]
溶媒の蒸発はドロップコーティングによって行われ、球体を基板上に単に落として乾燥させ、単層に自己組織化するだけなので、ナノ球体の単層を生成する最も簡単な方法であると言えます。球体の懸濁液が広がり、表面全体を濡らすのを助けるために、 基板を斜めに置いたり[9]、円を描くように動かしたりする場合もあります[10] 。
強制的に組み立てられた単分子膜は、乾燥したナノスフィア粉末から形成されます。これは通常、ナノスフィア懸濁液を遠心分離することによって得られます。次に、この粉末を2つの基板の間でこすりつけ、単分子膜を形成します。[2]基板は通常、ポリジメチルシロキサン（PDMS）などのポリマーでコーティングされており、ナノスフィアの接着と拡散を促進します。
空気水界面法は、水浴の表面、空気水界面にナノスフィアの単層を形成することに依存しています。この方法では、基板を水面下に保持し、水を汲み出して表面を徐々に下げます。最終的に、水面は基板のレベルより下に下がり、空気水界面の単層が基板表面に堆積します。[5]
コロイドマスクを用いたリソグラフィー法
NSL は、簡単に拡張可能で、スループットが高く、低コストの技術であり、任意の広い領域でナノスケールの精度を実現します。前述のように、粒子の自己組織化によってリソグラフィーマスクを迅速に作成できます。そのパターン解像度は、高品質の単層アレイに堆積できるコロイドのサイズに完全に依存します。文献で達成された最高の解像度は 50 nm から 200 nm の範囲で、最先端の従来のリソグラフィーシステムの解像度に匹敵します。[12]さらに、この方法は堆積領域に制限がないため、製造された構造を大規模に高精度で製造できます。つまり、ロールツーロールなどの大量生産技術に適応できる可能性があります。NSL は低温ステップ (<100 °C) を使用するため、幅広い材料で使用でき、温度に敏感な材料 (例: ポリマーベースのフレキシブル基板) での使用に最適です。[13]
NSL法は、一般的に、コロイド状ナノ/マイクロ粒子の自己組織化単層アレイからなるパターン形成マスクの準備から始まり、その後ナノ/マイクロ構造の製造が続きます。この方法には通常、スケッチに示されているように、さまざまな形状の形成を可能にする4つの主要なステップが含まれます。コロイドアレイの形成とその後の構造の製造に使用できるさまざまな技術は、さまざまなアプリケーションに実装できるこの方法の汎用性の高さを示しています。たとえば、これは、光制御[13] [14]および/またはセルフクリーニング[15]を可能にする構造を生成するために、光起電装置をマイクロパターン化するための好ましいソフトリソグラフィー技術です。[ 16]
参照
参考文献
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外部リンク
- 高度に組織化されたナノ粒子フィルムの製造