Булгакова В.Г. гр. 4350 кафедра ФиОИ Научный руководитель канд. техн. наук Ворзобова Н.Д.

1. ЗАКОНОМЕРНОСТИ, МЕТОДЫ И ТЕХНОЛОГИИ ФОРМИРОВАНИЯ ОБЪЕМНЫХ МИКРОСТРУКТУР В ФОТОПОЛИМЕРНЫХ НАНОКОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛАХ Санкт-Петербургский государственный университет информационных технологий механики и оптики Булгакова В.Г. гр. 4350 кафедра ФиОИ Научный руководитель канд. техн. наук Ворзобова Н.Д. кафедра ОКРС

2. ГЛУБОКАЯ ЛИТОГРАФИЯ Существует достаточно много методов литографии, но не многие позволяют получать структуры с высоким форматным отношением. В настоящее время чаще применяются методы, основанные на использовании излучения с малой расходимостью пучка - рентгеновское излучение, жесткий ультрафиолет и электронные пучки. Профили пучков трех типов излучения при распространении в веществе: E, электронный пучок; P, высокоэнергетический фотонный пучок; X,рентгеновское излучение. Примеры структур, получаемых методами глубокой литографии. F. Munnik, F. Benninger // Microelectronic Engineering 67–68 (2003) 96–103

3. ПРИМЕРЫ ПОЛИМЕРНЫХ МИКРОСТРУКТУР, ПОЛУЧЕННЫХ МЕТОДОМ РЕНТГЕНОВСКОЙ ЛИТОГРАФИИ(X-ray deep lithography) структуры: 4мкм ширина и 120 мкм высота структуры: 9 мкм диаметр и 480 мкм высота

4. САМООРГАНИЗАЦИЯ СВЕТООТВЕРЖДАЕМОГО МАТЕРИАЛА Процессы, исследованные в данной работе основаны на самоорганизации фотоотверждаемого материала, исследованного в работах:1. И.Ю. Денисюк, Ю.Э. Бурункова, М.И. Фокина, Н.Д. Ворзобова, В.Г. Булгакова // Оптический журнал т. 75, № 10, 2008, стр. 59-65.2. Denisyuk I.Yu., Fokina M.I., Vorzobova N.D., Burunkova Yu.E., Bulgakova V.G. // Mol. Cryst. Liq. Cryst., Vol. 497, pp. 228–235, 2008. Самофокусировка света в фотополимере, обладающем положительным знаком изменения показателя преломления определяет формирование структуры с вертикальными поверхностями. На фотографии внизу представлена сформированная структура. На схеме представлен результат фотополимеризации фоторезиста (слева) и нашего фотополимера (справа – формируется вертикальная структура) Цель работы – исследование зависимости размеров элементов,формируемых в данном процессе от условий экспонирования.

5. 3 2 1 7 4 6 5 УСЛОВИЯ ЭКСПЕРИМЕНТА 365нм Экспериментальная установка, экспонирование 365 нм. Схема установки фотополимеризации. 1 - ртутная лампа, 2 – конденсор, 3 - зеркало,4-светоотверждаемый материал, 6 - подложка, 7 - прокладки. Вид амплитудной маски (исходный рисунок) Изменяемые параметры:ширины линий (25-100 мкм), расстояние между линиями (12-400 мкм), оптическая плотность фотошаблона (0.5-2.5),толщина слоя (30-300мкм), длительность экспозиции (10-40 сек)

6. Используемые вещества Состав:Bis – 66 %, Carb – 30%, ZnO – 4 %. 1. Bis – Бисфенол – А – глицеролат., ZnO - наночастицы 2. Carb-Карбоксиэтилакрилат 3. Диметоксифенилацетофенон (инициатор фотополимеризации)

7. Закономерности роста микроструктур в высоту Зависимость высоты структуры от расстояния между элементами и плотности шаблона Плотности шаблонов: 1,2 (1) и 2,5 (2). Толщина слоя: 100 мкм. Длительность экспозиции: 30 с. Исследование зависимости высоты элементов микроструктур от экспозиции показало, что уже на начальном этапе роста структуры формируется 50-70% конечной высоты микроструктуры. Зависимость высоты структуры от длительности экспозиции Ширина линий в амплитудной маске: 100 мкм (1, 2, 3), 75 мкм (4, 5, 6), 50 мкм (7, 8). 9, 10, 11 – рост полимерного слоя. Толщина слоя: 30 мкм (1, 4, 7,9), 100 мкм (2, 5, 8, 10), 300 мкм (3, 6, 11).

8. Зависимости роста микроструктур в ширину увеличение длительности экспозиции увеличение расстояния между элементами Микрофотографии структур Ширина элементов увеличивается при уменьшении расстояния между линиями и уменьшении плотности шаблона. Зависимость ширины элемента микроструктуры от длительности экспозиции Плотности шаблонов: 2,5 (1, 2, 3,4) и 1,2 (5, 6, 7, 8) Ширина линий: 100 мкм (1,2,5,6) и 75 мкм (3,4,7,8)Соотношение расстояние/ ширина: 4 (2, 4, 6, 8) и 0,5 (1, 3, 5, 7). Кинетика роста микроструктуры

9. Зависимости роста микроструктур в ширину Уменьшение ширины элемента наряду с увеличением высоты позволяет увеличить форматное отношение и уменьшить характеристический размер. Зависимость ширины элемента микроструктуры от толщины слоя Толщина слоя: 30 мкм (1, 2), 100 мкм (3, 4), 300 мкм (5, 6). Соотношение расстояние/ширина: 4 (2, 4, 6) и 0,5 (1, 3, 5). Плотность шаблона: 2,5.

10. Слияние близко расположенных элементов микроструктур увеличение длительности экспозиции увеличение расстояния между элементами Зависимость высоты полимерного слоя и элементов микроструктур от расстояния между элементами. Плотности шаблонов: 2,5 (3) и 1,2 (1,2). Длительности экспозиции: 20 с (1, 3) и 40 с (2). Толщина слоя :100мкм. Ширина линии 100 мкм. Микрофотографии структур Уменьшение расстояния между элементами приводит к слиянию элементов

11. Зависимость наименьшего расстояния между элементами от длительности экспозиции и плотности шаблона Отношение наименьшего расстояния между элементами к ширине линии постоянно для заданной экспозиции и уменьшается с уменьшением экспозиции. При уменьшении длительности экспозиции можно уменьшить как характеристические размеры элементов, так расстояния между ними. Плотности шаблонов: 1,2 (1, 2, 3) и 2,5 (4, 5, 6). Ширины линий: 100 мкм (1, 4), 75 мкм (2, 5) и 50 мкм (3, 6). Толщина слоя 100 мкм.

12. ПРИМЕРЫ ПОЛУЧЕННЫХ МИКРОСТРУКТУР Брэгговская структура для террагерцового спектрометра Полимерная структура, для роста кристалла DAST Защитный элемент Микрофотографии с одинаковым сечением по высоте и ступенчатой структур

13. Выводы • Показано, что элементы вначале образуются по центру экспонирующего пучка света и затем при увеличении экспозиции их ширина увеличивается. При этом боковые поверхности вертикальны в течении всего процесса. • Установлена зависимость высоты образующихся между парами микроэлементов паразитных мостиков от величины экспозиции и расстояния между ними при приближении микроэлементов друг к другу • Показано, что при увеличении расстояния между элементами микроструктур уменьшается их поперечный размер • Определены минимальные расстояния между элементами, что важно для создания элементной базы в области биотехнологий.

14. Список публикаций • Булгакова В.Г., Бурункова Ю.Э., Ворзобова Н.Д. Особенности формирования микроструктур с высоким форматным отношением при фотоотверждении полимера // Научно-технический Вестник СПб ГУИТМО. — 2008. — Вып. 52. — С.32-37. • Булгакова В.Г., Ворзобова Н.Д. Закономерности, методы и технологии формирования объемных микроструктур в фотополимерных нанокомпозиционных материалах // Научно-технический Вестник СПб ГУ ИТМО (сдана в редакцию). —2009. • Denisyuk I.Yu., Fokina M.I., Vorzobova N.D., Burunkova Yu.E., Bulgakova V.G. Microelements with high aspect ratio prepared by self-focusing of the light at UV-curing// Molecular Crystals and Liquid Crystals. —2008. — V.497. — P.560-567. • Денисюк И.Ю., Бурункова Ю.Э., Фокина М.И., Ворзобова Н.Д., Булгакова В.Г. Формирование микроструктур с высоким форматным отношением в результате самофокусировки света в фотополимерном нанокомпозите // Оптический журнал. — 2008. — Вып. 75. —№ 10. — С.59—65.

15. КОНФЕРЕНЦИИ • Булгакова В.Г., Ворзобова Н.Д. Формирование микроэлементов и микроструктур в УФ-отверждаемом нанокомпозите, V международная конференция молодых ученых и специалистов «Оптика- 2007», 15-19 октября, 2007, Санкт-Петербург, Россия. • Денисюк И.Ю., Бурункова Ю.Э., Фокина М.И., Ворзобова Н.Д., Булгакова В.Г. Формирование микроструктур с высоким форматным отношением в результате самофокусировки света в фотополимерном нанокомпозите, XXXVII научная и учебно-методическая конференция СПбГУ ИТМО, 29января -1 февраля, 2008, Санкт-Петербург, Россия. • Булгакова В.Г., Бурункова Ю.Э., Ворзобова Н.Д. Особенности формирования микроструктур с высоким форматным отношением при фотоотверждении полимера, V Всероссийская межвузовская конференция молодых ученых, 15-18 апреля, 2008, Санкт-Петербург, Россия. • Денисюк И.Ю., Фокина М.И., Ворзобова Н.Д., Бурункова Ю.Э., Булгакова В.Г. Получение микроэлементов с высоким форматным отношением при самофокусировке УФ света(Denisyuk I.Yu., Fokina M.I., Vorzobova N.D., Burunkova Yu.E., Bulgakova V.G Microelements with high aspect ratio prepared by self-focusing of the light at UV-curing.), VII Международная конференция «Электронные процессы в органических материалах», 26-30 мая, 2008 , Львов, Украина. • Булгакова В.Г. Особенности формирования полимерных микроструктур в УФ-отверждаемом нанокомпозите, Научная молодежная школа «Оптика-2008» , 20-25 октября, 2008, Санкт-Петербург, Россия. • Ворзобова Н.Д., Булгакова В.Г. Размерные эффекты при формировании полимерных микроструктур в светоотверждаемом нанокомпозите, Международная конференция «Прикладная оптика- 2008» , 20-25 октября, 2008, Санкт-Петербург, Россия. • Булгакова В.Г. Закономерности, методы и технологии формирования объемных микроструктур в фотополимерных нанокомпозиционных материалах, VI Всероссийская межвузовская конференция молодых ученых, 14-17 апреля, 2009, Санкт- Петербург, Россия. • Булгакова В.Г., Ворзобова Н.Д. Исследование закономерностей роста микроструктурных элементов при фотополимеризации нанокомпозиционных материалов, школа-семинар «Актуальные проблемы физики и технологий», 22 апреля, 2009, Санкт-Петербург, Россия.

16. СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ 16