Transcript Mjuk litografi Anders Elfwing Mjuk Litografi (Soft Lithography) Samlingsnamn på metoder där mjuka gummistämplar används för att överföra mönster utan att använda ljuslitografi. George M.

Mjuk litografi
Anders Elfwing
Mjuk Litografi (Soft Lithography)
Samlingsnamn på metoder där mjuka
gummistämplar används för att överföra mönster
utan att använda ljuslitografi.
George M. Whitesides vid Harvard University
(http://gmwgroup.harvard.edu)
Mål
Förklara vad mjuk litografi är och vad det kan
användas till
Tillverkning av stämplar
Metoder
µCP – micro Contact Printing
REM – Replica Molding
MIMIC – Micro Molding in Capillaries
Polydimetylsiloxane (PDMS)
PDMS – Egenskaper
• Låg ytenergi
• Relativt inert yta
+ Möjligt att modifiera
• Elastisk
+
+
+
+
−
Tät kontakt med ytor
Stora ytor möjligt
Ej plana ytor
Släpper från ytor
Deformering
• Sträckbar
• Möjlighet till mycket
tunna filmer
• Kemisk stabil
+
+
+
−
svår att lösa i lösningsmedel
Korslänkat löser sig ej
Poröst
Sväller i vissa organiska
lösningsmedel
+ gaser kan ta sig igenom
• Transparent >300 nm
• Hållbar
+ 100 avgjutningar är ok
Tillverkning av PDMS-stämpel
Sylgard 184 – Vägupp bas och härdare (10:1)
Mixa
Avlufta
Deponera
Sprid ut
Härda/korslänka (100°C, 1h)
1.
2.
3.
4.
5.
6.
•
Finns en uppsjö varianter
Viktiga dimensioner
Pairing
0,2 < l/h
pairing
Sagging
d < 20h
Shrinking, Krypning
Anpassa mastern
sagging
Master
 Fotolitografi
– SU8 (högre strukturer, <200 μm)
– PMMA (<2,5 μm)
 Kommersiella optiska gitter
 Poröst Aluminium
 Self-organize structures
 Silanisera
– Hydrofobt => PDMS fastnar inte
– Dimetylsilan
 Sputtra Aluminium
 Teflonbelägning
1 Molding
PDMS (uncured)
(cured)
PDMS
Patterned SU-8
Si wafer
2 Release
PDMS (cured)
(uncured)
Patterned SU-8
Si wafer
3 uCP - inking
PDMS stamp
”ink”
Flat surface
3 uCP - inking
”inked” PDMS stamp
PDMS stamp
”ink”
Flat surface
3 uCP – Printing/stamping
”inked” PDMS stamp
Incubate/apply pressure
Flat surface
4 uCP – Stamping multiple times
”inked” PDMS stamp
Flat surface
µCP – micro Contact Printing
Y. Xia, G.M. Whitesides, Angew. Chem. Int. Ed. 37, 1998, 550
Michel, B.; Bernard, A.; Bietsch, A.; Delamarche, E.; Geissler, M.; Juncker, D.; Kind, H.;
Renault, J.-P.; Rothuizen, H.; Schmid, H.; Schmidt-Wenkel, P.; Stutz, R.; Wolf, H. IBM J.
Res. Dev. 2001, 45, 697
µCP – micro Contact Printing
Multipel stämpling
Droppe med alkantiol
1 cykel:
5s kontakt tid
5s i luften
Total yttäckning de 7 första cyklerna
REM – Replica Molding
PDMS
PU
Cr
O
H2N
C
O
Urethane
H2 C
CH2
O
• Används för formning av plaster
• Får närapå exakt kopia av orginalmastern
• Kan gjuta av PDMS mot PDMS
Epoxy
MIMIC – Micro Molding in Capillaries
Rubber stamp
MIMIC structures
Substrate
H2 C
O
H2N
C
O
Urethane
CH2
O
Epoxy
1 Molding
PDMS (uncured)
(cured)
PDMS
Patterned SU-8
Si wafer
2 Release
PDMS (cured)
(uncured)
Patterned SU-8
Si wafer
3 mimic
PDMS stamp
Flat surface
Top view
Top view
3 MIMIC – loading of channels
Droplet of ”ink”
PDMS channel
system
Top view
3 MIMIC – loading of channels
Droplet of ”ink”
PDMS channel
system
3 Demolding
MIMIC – Flöde
MIMIC kinetik

MIMIC är en termodynamiskt driven process:


Vätskan fyller kapillären för att minska den fria ytenegrgin i
gränskikten vätska fast fas , vätska gas
ΔG=-xΔzγLV(3 cos θ + cos θ´)
MIMIC Applications / patterning
Xia, etl al. Chem. Mater., Vol. 8, No. 7, 1996
1561
Upplösning, mjuk litografi
Agaros
Celler mönstrade med agarosstämpel
PDMS
Varför är det så rackarns bra?
Rapid prototyping for Soft
Lithography
Utskrift på plast
CAD
OH
3000 dpi  4 µm
PDMS
Avgjutning
Mjuk litografi
Master
SU-8
24 h
Strukturer
Fotolitografi
Exempel med mask utskriven på
OH-papper
begränsningar
Nackdelar
 Ytan
väldigt hydrofob – ”sticky”
 Monomerer läcker ut
 Ej massproduktion(?)
Lösningar
 Stickiness
– Coata med BSA/pluronic
– Modifiera ytan med heparin
 Monomerer
– Tvätta ur,
– går ej 100%
– Förändrar mekaniska egenskaper (mjukgörare försvinner)
Bondning av PDMS
 Stark
bondning till Si, glas men även till PS,
PMMA etc
 Okänslig för ojämnheter
 Även fysisk ihoptryckning möjlig, ex biacore
Biokompatibelt
Ytmodifiering
Ytmodifieringar
Syreplasma (O2-plasma)
– Lång behandling ger mycket SiO2, glasartad hård yta som
lätt spricker.
Ordlista
Master/templat, PDMS, MIMIC, microcontact
printing, ytmodifiering, läckande monomerer,
sagging, pairing, bondning
www.liu.se