Forscher erfinden eine neue Metallisierungsmethode für die Strukturierung von Photoresists mit modifizierter Tanninsäure

Die Bildung von Mikro-/Nano-Metallmustern ist ein wichtiger Schritt bei der Montage verschiedener Geräte. Allerdings schränkten Ex-situ-Ansätze zur Metallstrukturierung ihre industriellen Anwendungen aufgrund der geringen Stabilität und Dispersion von Metallnanopartikeln ein. Die stromlose In-situ-Abscheidung nach der Lithographiestrukturierung könnte eine bessere Wahl sein, um das Wachstum und die Aggregation von Metallpartikeln in den Polymeren zu vermeiden.

Gerbsäure ist reich an Naturprodukten und verfügt über eine angrenzende Trihydroxylstruktur, die die In-situ-Reduktion von Metallionen auf dem Fotolackmuster bewirken kann. Ein Team von Wissenschaftlern hat eine neue Metallisierungsmethode mit modifizierten Tanninsäure-Fotolackmustern erfunden. Ihre Arbeit wird in der Zeitschrift veröffentlicht Industrielle Chemie und Materialien.

„Unser Ziel war es, einen neuartigen Fotolack und ein Verfahren zur direkten Umwandlung von Fotolackmustern in ein gewünschtes Metallmuster zu entwickeln“, erklärt Wenbing Kang, Professor an der Shandong-Universität. Die Metallisierungsmethode unterscheidet sich von der normalen Metallstrukturierung, bei der ein Metallfilm und ein Photoresistmuster mithilfe eines Ätz- und Resistentfernungsprozesses verwendet werden. Es könnte eine gute Wahl für die Bildung von Metallmustern auf verschiedenen Substraten und auch für flexible Geräte sein.

Oberflächenstrukturierungstechniken für Mikro-Nanostrukturen sind der Schlüssel zur rasanten Entwicklung von Wissenschaft und Technologie. Allerdings ist die Metallisierung des Musters ein wichtiger Schritt beim Zusammenbau verschiedener Geräte. Bei Ex-situ-Ansätzen zur Metallstrukturierung verwenden Forscher üblicherweise „Metalltinte“ mit Hilfe eines Injektionsdruckers oder einer Soft-Lithographie-Methode, um Muster auf verschiedenen Substraten zu bilden.

Ihre industriellen Anwendungen sind jedoch durch eine schlechte Leistung aufgrund der geringen Stabilität und Dispersität der Metallnanopartikel sowie einer geringeren Auflösung aufgrund des Kaffeeringeffekts und der Oberflächenspannung eingeschränkt.

Angesichts der steigenden Anforderungen an die hochauflösende Metallstrukturierung haben Pioniere eine direkte Laserschreibtechnik entwickelt, indem sie In-situ-Ansätze mit direkter Lithographie kombinierten, um eine In-situ-Dispersion von Metallnanopartikeln in Polymeren zu realisieren.

Die lokalen hyperthermischen Effekte des Lasers durch direkte Photostrahlung auf die Metallvorläufer in Polymeren können jedoch dazu führen, dass das Metallwachstum und die Aggregation von Partikeln unkontrollierbar werden, was zu einem irreversiblen Verlust der photoelektrischen Eigenschaften führt. Daher könnte die stromlose In-situ-Abscheidung nach der lithografischen Strukturierung eine bessere Wahl sein, um das Wachstum und die Aggregation von Metallpartikeln in den Polymeren zu vermeiden.

Phenolische Hydroxylgruppen spielen aufgrund ihrer starken Wechselwirkungen mit verschiedenen Metallionen und deren reduzierendem Pulver eine recht wichtige Rolle bei der stromlosen In-situ-Abscheidung. Gerbsäure ist reich an Naturstoffen und verfügt über eine angrenzende Trihydroxylstruktur, die ihre Fähigkeit, Metallionen zu reduzieren, erheblich verbessert. Gerbsäure muss jedoch häufig durch einige hydrophobe Gruppen modifiziert werden, um die Beständigkeit in einem alkalischen Entwickler und die Löslichkeit in organischen Lösungsmitteln für eine bessere Fotoresistleistung zu verbessern.

Trotz der Tatsache, dass modifizierte Gerbsäure bei der Fotolackstrukturierung verwendet wurde, wurde bisher kein In-situ-Metallisierungsverfahren auf Basis einer Gerbsäure-Fotolackstruktur beobachtet.

Das Forschungsteam konnte erfolgreich ein chemisch verstärktes Photoresistsystem entwickeln, das einen Tanninsäureschutz mit BOC- und Methacryloylgruppen und den Resistprozess mit Doppelbelichtung nutzt, um sicherzustellen, dass das Resistmuster auf dem Metallmuster erfolgreich ist. Sie verwendeten die modifizierte Gerbsäure zum Vermischen mit einem Fotolack mit einem Fotosäuregenerator (PAG103) für das lithografische Muster durch Schleuderbeschichten, Belichten mit einer Maske, Backen und Entwickeln.

Dann erfanden sie die zweite Belichtung und das zweite Backen, um die Schutzgruppen im Resistfilm zu entfernen und die phenolischen Hydroxylgruppen für ausreichend Reduktionspulver zu regenerieren. Schließlich könnte das Ag-Muster in situ durch Metallisierung des lithografischen Musters durch Reduktion von Ag+ zu Ag-Nanopartikeln unter Ausnutzung der hohen Reduktionskraft phenolischer Gruppen konstruiert werden.

Die Regeneration der phenolischen Hydroxylgruppe im zweiten Belichtungs- und Backvorgang spielt eine wichtige Rolle bei der Bildung des Ag-Musters. Der Ag-Film hatte eine ausgezeichnete Leitfähigkeit und der Quadratwiderstand betrug etwa 1 Ω sq−1.

Mit Blick auf die Zukunft hofft das Forschungsteam, dass ihre Arbeit Einblicke in die Methode und den Bildungsprozess von Ag-Mustern basierend auf der Strukturierung von Photoresists mit modifizierter Tanninsäure liefern könnte. „Wir arbeiten an der Anwendung dieser Strategie bei der Bildung anderer Metallfilme oder Metallmuster. Dieser Prozess hat potenzielle Anwendungen bei der Gerätemontage“, sagte Kang.