一类用于纳米级图案化的新型材料

构成计算机芯片的微观组件必须以惊人的规模制造。由于单个处理器中有数十亿个晶体管，每个晶体管都由多种材料制成，这些材料精心排列成像 DNA 链一样细的图案，它们的制造工具也必须在分子水平上运行。

通常，这些工具涉及使用模板选择性地图案化或去除具有高保真度的材料，一层又一层，以形成纳米级电子设备。但随着芯片必须适应越来越多的组件以跟上数字世界不断增长的计算需求，这些纳米图案模板也必须变得更小、更精确。

现在，宾夕法尼亚大学工程师团队展示了一种新型聚合物如何做到这一点。在一项新研究中，研究人员展示了“多嵌段”共聚物如何在薄膜中产生异常有序的图案，实现小于 3 纳米的间距。

该团队由材料科学与工程系和化学与生物分子工程系的 Harold Pender 教授 Karen Winey 和她实验室的研究生 Jinseok Park 领导，他们在ACS Central Science杂志上发表了这些发现。他们与德国康斯坦茨大学的 Anne Staiger 和 Stefan Mecking 教授合作。

用于制造芯片的模板具有可以通过多种方法生产的纳米级图案。例如，细线和小点可以通过称为定向自组装(DSA) 的技术产生，其中聚合物化学被设计为自动产生所需的几何形状。

当前的 DSA 方法使用“二嵌段”共聚物，命名为具有两个长嵌段的不同聚合物首尾相连，然后组装以产生必要的图案。

双陀螺结构尚未用于纳米图案化，但可以实现更复杂的设计。学分：宾夕法尼亚大学

“当光刻技术不能再缩小时，带有二嵌段共聚物的 DSA 就变得很重要，”Winey 说。“但是获得纳米图案所需的线条或点需要两个块都具有特定的长度，而这仍然很难精确控制。”

如果没有正确的长度比，二嵌段共聚物中的嵌段会形成尺寸可变的线条或点，从而降低它们作为模板的实用性。

Penn 和 Konstanz 的研究人员一起设计了一种更精确控制该比率的方法。他们没有将两个不同聚合物的大块首尾相连，而是使用一种称为“逐步生长聚合”的技术在两个较小的块之间完美交替。

“与二嵌段相比，”Winey 说，“这些多嵌段共聚物提供了更广泛的化学成分和更好的分子控制。这是因为每个 A 嵌段和每个 B 嵌段的长度完全相同，这将在图案中产生更大的均匀性。 "

这种均匀性可以产生的一个关键区别是聚合物能够更容易地将自身组装成薄膜内的“共连续双螺旋结构”。这种排列对于控制传输特性特别有用，因为它分隔了聚合物的极性和非极性区域。

“连续带电域可以促进带电或极性物质(如水或离子)的导电性，而连续非极性域提供机械强度，”Winey 说。

研究人员现在正在研究如何将这些薄膜结构最好地转化为功能性纳米图案模板，以及开发可形成双螺旋结构的不同多嵌段共聚物化学物质库。