一類用于納米級圖案化的新型材料

構成計算機芯片的微觀組件必須以驚人的規模制造。由于單個處理器中有數十億個晶體管，每個晶體管都由多種材料制成，這些材料精心排列成像 DNA 鏈一樣細的圖案，它們的制造工具也必須在分子水平上運行。

通常，這些工具涉及使用模板選擇性地圖案化或去除具有高保真度的材料，一層又一層，以形成納米級電子設備。但隨著芯片必須適應越來越多的組件以跟上數字世界不斷增長的計算需求，這些納米圖案模板也必須變得更小、更精確。

現在，賓夕法尼亞大學工程師團隊展示了一種新型聚合物如何做到這一點。在一項新研究中，研究人員展示了“多嵌段”共聚物如何在薄膜中產生異常有序的圖案，實現小于 3 納米的間距。

該團隊由材料科學與工程系和化學與生物分子工程系的 Harold Pender 教授 Karen Winey 和她實驗室的研究生 Jinseok Park 領導，他們在ACS Central Science雜志上發表了這些發現。他們與德國康斯坦茨大學的 Anne Staiger 和 Stefan Mecking 教授合作。

用于制造芯片的模板具有可以通過多種方法生產的納米級圖案。例如，細線和小點可以通過稱為定向自組裝(DSA) 的技術產生，其中聚合物化學被設計為自動產生所需的幾何形狀。

當前的 DSA 方法使用“二嵌段”共聚物，命名為具有兩個長嵌段的不同聚合物首尾相連，然后組裝以產生必要的圖案。

雙陀螺結構尚未用于納米圖案化，但可以實現更復雜的設計。學分：賓夕法尼亞大學

“當光刻技術不能再縮小時，帶有二嵌段共聚物的 DSA 就變得很重要，”Winey 說。“但是獲得納米圖案所需的線條或點需要兩個塊都具有特定的長度，而這仍然很難精確控制。”

如果沒有正確的長度比，二嵌段共聚物中的嵌段會形成尺寸可變的線條或點，從而降低它們作為模板的實用性。

Penn 和 Konstanz 的研究人員一起設計了一種更精確控制該比率的方法。他們沒有將兩個不同聚合物的大塊首尾相連，而是使用一種稱為“逐步生長聚合”的技術在兩個較小的塊之間完美交替。

“與二嵌段相比，”Winey 說，“這些多嵌段共聚物提供了更廣泛的化學成分和更好的分子控制。這是因為每個 A 嵌段和每個 B 嵌段的長度完全相同，這將在圖案中產生更大的均勻性。 "

這種均勻性可以產生的一個關鍵區別是聚合物能夠更容易地將自身組裝成薄膜內的“共連續雙螺旋結構”。這種排列對于控制傳輸特性特別有用，因為它分隔了聚合物的極性和非極性區域。

“連續帶電域可以促進帶電或極性物質(如水或離子)的導電性，而連續非極性域提供機械強度，”Winey 說。

研究人員現在正在研究如何將這些薄膜結構最好地轉化為功能性納米圖案模板，以及開發可形成雙螺旋結構的不同多嵌段共聚物化學物質庫。