專利名稱：用于使聚合物層的表面圖案化的器件和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于使聚合物層的表面圖案化的器件和方法。具體地，本
發(fā)明涉及用于在聚合物層的表面上形成地形特征(topographical feature)且更具體地形成凸起的器件和方法。
背景技術(shù)：
在P. Vettiger等的"The millipede -more than 1 ，000 tips for fliture AFM datastorage", IBM Journal Research Development, Vol. 44, No. 3, March 2000
中公開(kāi)了 一種基于原子力顯微鏡(AFM)的探針型數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器件。該存儲(chǔ)器件具有基于用探針陣列對(duì)存儲(chǔ)介質(zhì)的機(jī)械x-、 y-掃描的讀寫功能，所述探針各自具有尖端。所述探針并行操作，在運(yùn)轉(zhuǎn)期間各探針掃描存儲(chǔ)介質(zhì)的相關(guān)區(qū)域。所述存儲(chǔ)介質(zhì)包含聚甲基丙烯酸曱酯(PMMA)層。各自具有5nm~40nm直徑的尖端以接觸模式移動(dòng)越過(guò)所述聚合物層的表面。所述接觸模式通過(guò)向探針施加力使得探針的尖端可接觸所述聚合物層的表面而實(shí)現(xiàn)。為此，所述探針包括懸臂梁，所述懸臂梁在其末端部分?jǐn)y帶尖端。在所述聚合物層中，比特(bit)通過(guò)各自編碼為邏輯學(xué)上的"1"的凹痕標(biāo)記(indentationmark)或者各自編碼為邏輯學(xué)上的"0"的非凹痕標(biāo)記(non-indentation mark)表示。在器件以讀/寫模式的操作期間，當(dāng)懸臂梁移動(dòng)越過(guò)所述聚合物層的表面時(shí)，懸臂梁響應(yīng)于這些地形。
通過(guò)熱機(jī)械記錄在聚合物層上形成凹痕標(biāo)記。這通過(guò)加熱相對(duì)于聚合物層以接觸模式操作各探針的尖端而實(shí)現(xiàn)。尖端的加熱通過(guò)專用于凹痕標(biāo)記的寫入/形成的加熱器而實(shí)現(xiàn)。聚合物層在加熱的尖端接觸處局部軟化。結(jié)果是在該層上產(chǎn)生凹痕標(biāo)記，所述凹痕標(biāo)記例如具有與在其形成中所使用的探針的直徑可比較的納米尺度的直徑。所述凹痕標(biāo)記的讀取也是通過(guò)熱機(jī)械原理實(shí)現(xiàn)的并且可使用與用于寫入所述凹痕標(biāo)記的探針相同的探針進(jìn)行。由于用于在聚合物層中寫入凹痕標(biāo)記的機(jī)械應(yīng)力，因而通常可預(yù)計(jì)發(fā)生尖端和/或介質(zhì)磨損。在如Ultramicroscopy, 42-44(1992)262中描述的另 一先前提出的探針型數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器件中，通過(guò)電荷注入在絕緣體如氮化物-二氧化硅-硅上編碼數(shù)據(jù)，即，比特通過(guò)絕緣體表面上定域陷阱電荷(trappedcharge)表示。因此，各陷阱電荷表示邏輯學(xué)上的"1",并且陷阱電荷不存在表示邏輯學(xué)上的"0"。通過(guò)檢測(cè)與各定域陷阱電荷有關(guān)的電雜散場(chǎng)而取回?cái)?shù)據(jù)，所述場(chǎng)產(chǎn)生可測(cè)但是相對(duì)小的相互作用力，其例如大約為lnN。在所述定域陷阱電荷的檢測(cè)中可需要考慮的其它問(wèn)題為(l)前述電雜散場(chǎng)本性上是長(zhǎng)程的并且因此可導(dǎo)致比特位置的"模糊(smearingout)"; (2)定域陷阱電荷通常被極性的污染物如水分子遮蔽，由此在短時(shí)間內(nèi)通常在24小時(shí)內(nèi)將電荷注入的相關(guān)電雜散場(chǎng)的量級(jí)降低一個(gè)數(shù)量級(jí)，和(3)前述相互作用力的量級(jí)可將數(shù)據(jù)速率限制在約kHz而不是MHz。
在又一個(gè)以前提出的探針型數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器件中，與磁記錄類似，比特作為鐵電介質(zhì)中的有向域存儲(chǔ)。與域有關(guān)的電偶極取向的檢測(cè)可通過(guò)測(cè)量相應(yīng)電雜散場(chǎng)的強(qiáng)度進(jìn)行。然而，在本情況下可也需要考慮以上(1) (3)中所列出的問(wèn)題?；蛘?，電偶極取向的檢測(cè)可通過(guò)測(cè)量壓電響應(yīng)進(jìn)行，其誘導(dǎo)大約為納米的一部分的表面地形的微小、良好定域的調(diào)制，其需要對(duì)于它們的檢測(cè)敏感的鎖定方案(lock-inscheme)。在這種情況下，可以的是可通過(guò)機(jī)電轉(zhuǎn)換避免信號(hào)退化。然而，由于為大約0.1nm,因而地形特征可比得上或者小于其上存在所述地形特征的表面的粗糙度。此外，使用已知檢測(cè)器檢測(cè)這種亞納米尺寸特征通?？梢詋Hz范圍內(nèi)的有限數(shù)據(jù)速率進(jìn)行。
已知通過(guò)如在光刻法中使用的蓋印以及關(guān)于探針存儲(chǔ)應(yīng)用已知的壓紋而使聚合物層的表面圖案化。在這些情況下，通常將壓頭體(indenter body)印在聚合物層的表面上并且向所述壓頭體施加機(jī)械壓力，由此將壓頭體的特征蓋印/復(fù)制在所述聚合物層的表面中。熱量形式的額外能量例如可與所施加的機(jī)械壓力組合使用。
使用上述技術(shù)，所述壓頭體的特征被蓋印在所述聚合物層的表面中，即它們?cè)诒砻嫦碌姆较蛏涎由臁Ｊ褂眠@些技術(shù)在聚合物層的表面上產(chǎn)生凹凸不平(asperity)例如凸起是一個(gè)挑戰(zhàn)。
因此，希望提供用于在聚合物層的表面上形成凸起的器件和方法
發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的第一方面的一個(gè)實(shí)施方式，提供用于在聚合物層的表面
上形成地形特征的器件，其包括
聚合物層；包含導(dǎo)體的基底，所述聚合物層的第一表面提供在所述基 底上；和至少一個(gè)電極，其在所述器件使用時(shí)與所述聚合物層的第二表面 相互作用，其中當(dāng)使用時(shí)，所述器件可操作(operable)以相對(duì)于所述基底向 所述至少一個(gè)電極施加第一電勢(shì)，由此導(dǎo)致在所述聚合物層的第二表面上 形成凸起。
體現(xiàn)本發(fā)明的器件包含聚合物層，所述聚合物層的第一表面提供在包 含導(dǎo)體的基底上并且提供所述聚合物層的第二表面以與至少一個(gè)電極相互 作用。通過(guò)相對(duì)于所述基底向所述至少一個(gè)電極施加電勢(shì)(第一電勢(shì))，將電 荷注入到所述聚合物層的第二表面上。由于聚合物材料不導(dǎo)電，因此注入 到所述聚合物材料的第二表面中的電荷在其上保持定域。在電荷注入到所 述聚合物層的第二表面上處，聚合物材料膨脹(swell)并且形成凸起。通過(guò)其 上凸起的形成而引起的所述聚合物層的第二表面的地形地貌(landscape)的 變形與先前提出的技術(shù)相反，在所述先前提出的技術(shù)中(并且如上所述)所形
優(yōu)選地，所述至少一個(gè)電極通過(guò)與所述聚合物層的第二表面接觸而與
之相互作用。在這種情況下， 一旦所述至少一個(gè)電極與所述聚合物層的第
二表面接觸，就相對(duì)于該表面對(duì)該電極進(jìn)行掃描和/或向所述至少一個(gè)電極
施力口載荷力(loading force)。
在本發(fā)明的其中通過(guò)在所述聚合物層的第二表面與所述至少一個(gè)電極 之間建立接觸而在所述聚合物層的第二表面上形成凸起的實(shí)施方式中，向
所述至少一個(gè)電極施加的所述第一電勢(shì)的量級(jí)與如果將所述聚合物層的第 二表面和所述至少一個(gè)電極分開(kāi)相比相對(duì)地較低。所述至少一個(gè)電極的掃 描運(yùn)動(dòng)和/或所述至少一個(gè)電極響應(yīng)向其施加的載荷力的垂直沖擊運(yùn)動(dòng)可有 助于所述聚合物層的第二表面上凸起的形成。例如，向所述至少一個(gè)電極 施加的載荷力可為預(yù)定值并且使得在所述至少一個(gè)電極和所述聚合物層的 第二表面之間產(chǎn)生lMPa 100MPa的壓力。
作為選擇，所述至少一個(gè)電極可與所述聚合物層的第二表面不接觸而 相互作用，即，在所述至少一個(gè)電極和所述聚合物層的第二表面之間存在 間隔。在這種情況下，所述至少一個(gè)電極和所述聚合物層的第二表面之間的距離優(yōu)選為至少lnm。
在該作為選擇的情況下，所述聚合物層的第二表面以及所述至少一個(gè) 電極均未遭受磨損。
優(yōu)選地，所述器件可操作以向所述至少一個(gè)電極施加第二電勢(shì)，所述 至少一個(gè)電極與所述聚合物層的第二表面在其中已經(jīng)形成凸起的區(qū)域中相 互作用，所述第二電勢(shì)具有與所迷第一電勢(shì)相反的極性。通過(guò)對(duì)所述第二 電勢(shì)的適當(dāng)極性和量級(jí)的選擇，在所述聚合物層的第二表面上形成的凸起 可增強(qiáng)、降低或者所述聚合物層的第二表面甚至可返回到未充電的中性狀 態(tài)。此外，這種可逆的操作允許順序進(jìn)行所述聚合物層的第二表面的地形 地貌的改變。
優(yōu)選地，所述器件可操作以向所述聚合物層施加熱量、輻照、或者其 組合。在所述聚合物層的第二表面上形成的凸起可通過(guò)施加合適形式的能 量而完全地除去，例如熱量的應(yīng)用、用紫外輻照和/或帶電顆粒進(jìn)行輻照、 或者它們的組合。這樣，所述聚合物層的第二表面可返回到這樣的狀態(tài)， 其中可隨后以簡(jiǎn)單且時(shí)間效率(time-efficient)的方式在其上寫入新的凸起。 在這種情況下，優(yōu)選將所述聚合物層加熱到IOO'C 20(TC的溫度。由于所 注入的電荷的衰變速率通常溫度每改變20。C增加一個(gè)量級(jí)，因此在本發(fā)明 的實(shí)施方式中，可通過(guò)將所述聚合物層加熱至IO(TC 200。C的溫度而在秒 的時(shí)間尺度內(nèi)中和電荷。
優(yōu)選地，所述聚合物層包含聚苯乙烯-r-苯并環(huán)丁烯30%無(wú)規(guī)共聚物 (PS-30%-BCB)。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，所述聚合物層包含可交聯(lián)并且不導(dǎo)電的 聚合物，如聚苯乙烯-r-苯并環(huán)丁烯30。/。無(wú)規(guī)共聚物(PS-30。/。-BCB)。由于所 述聚合物層所呈現(xiàn)的這些性質(zhì)，因此對(duì)于室溫下所述聚合物層的存儲(chǔ)，形 成在所述聚合物層的第二表面上的凸起在其上保持定域而基本上不失去形 式達(dá)數(shù)天時(shí)期。
優(yōu)選地，所述至少一個(gè)電極具有充分延伸的結(jié)構(gòu)。
在這種情況下，在所述至少一個(gè)電極和所述聚合物層的第二表面之間 的接觸可選擇性地和以使人想起蓋印光刻法的方式建立。
優(yōu)選地，所述至少一個(gè)電極通過(guò)具有圖案化結(jié)構(gòu)的表面與所述聚合物 層的第二表面相互作用。
8在這種情況下，所述具有圖案化結(jié)構(gòu)的表面可為所述至少一個(gè)電極的 表面，通過(guò)該表面與所述聚合物層的第二表面建立相互作用，期望所述圖 案化結(jié)構(gòu)與如何將所述聚合物層的第二表面的地形圖案化是一致的。而且 可以的是，所述具有圖案化結(jié)構(gòu)的表面例如為掩模。
提供本發(fā)明的相應(yīng)方法方面，并且因此在本發(fā)明的第二方面的實(shí)施方 式中，提供在聚合物層的表面上形成地形特征的方法，所述聚合物層的第
一表面提供在包含導(dǎo)體的基底上，該方法包括如下步驟使至少一個(gè)電極 與所述聚合物層的第二表面相互作用；和
相對(duì)于所述基底向所述至少一個(gè)電極施加第一電勢(shì)，由此導(dǎo)致在所述聚合 物層的第二表面上形成凸起。
在本發(fā)明的第三方面的實(shí)施方式中，提供聚合物層，其表面使用體現(xiàn) 本發(fā)明的第 一方面的器件或者體現(xiàn)本發(fā)明的第二方面的方法圖案化有地形 特征。
特征可應(yīng)用于任何其它方面。任何公開(kāi)的實(shí)施方式可與所顯示和/或描述的 其它實(shí)施方式的一個(gè)或者幾個(gè)組合。這對(duì)于各實(shí)施方式的一個(gè)或者多個(gè)特 征也是可能的。


現(xiàn)在將參照例如附圖，其中
圖la和lb示意性地圖示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的原理；
圖2顯示其中可使用本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的可逆粘附應(yīng)用；
圖3a和3b示意性地圖示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式用于一些顆粒物質(zhì)的
尺寸選擇性分離的應(yīng)用；
圖4a-4c示意性地圖示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式用于在印刷中轉(zhuǎn)移油墨
的一種方法的應(yīng)用；和
圖5a-5c示意性地圖示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式用于在印刷中轉(zhuǎn)移油墨
的另一方法的應(yīng)用。
具體實(shí)施例方式
圖la和lb示意性地圖示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的原理。聚合物層1的第一表面la提供在基底2上。其可直接提供在基底2上 或者在分隔層上，所述分隔層可例如為氧化硅。所述聚合物層1包含聚苯 乙烯-r-苯并環(huán)丁烯30。/。無(wú)規(guī)共聚物(PS-30。/。-BCB)。然而，本發(fā)明不限于
述基底2包含具有例如10"cm'3的n-型摻雜濃度的硅。當(dāng)然，所述基底2
提供所述聚合物層1的第二表面lb通過(guò)如下與至少一個(gè)電極3相互作 用與其接觸或者與其緊密接近，即在所述聚合物層1的第二表面lb和所 述至少一個(gè)電極3之間存在間隔。通過(guò)經(jīng)由電開(kāi)關(guān)Sl相對(duì)于基底2向所述 至少一個(gè)電極3施加電勢(shì)(第一電勢(shì)Pl)，將電荷注入到所述聚合物層1的 第二表面lb上。由于所述聚合物層1包含不導(dǎo)電材料，因此在所述聚合物 層1的第二表面lb中注入的電荷在其表面上保持定域。從圖lb中可以看 出，在所述聚合物層1的第二表面lb上注入電荷處，聚合物材料膨脹并且 形成凸起4。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，機(jī)電轉(zhuǎn)換(即電信號(hào)的轉(zhuǎn)換，所述電信號(hào) 為向所述至少一個(gè)電極3施加的電勢(shì)，引起電荷在所述聚合物層1的第二 表面lb上的注入且由此在所述聚合物層1的第二表面lb上形成電荷誘導(dǎo) 的膨脹/凸起)用于使所述聚合物層1的表面地形地圖案化。通過(guò)其上凸起4 的形成而引起的所述聚合物層1的第二表面lb的地形地貌的變形與先前提 出的技術(shù)相反，在所述先前提出的技術(shù)中(并且如上所述)所形成的地形特征 在表面下的方向上延伸/是所述聚合物層的表面中的凹陷。
與本發(fā)明的實(shí)施方式有關(guān)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示出，當(dāng)所述聚合物層1特別 是包含PS-30。/。-BCB時(shí)，不但注入到所述第二表面lb上的電荷在其表面處 積聚，而且對(duì)于在室溫下所述聚合物層1的存儲(chǔ)，該電荷被保持而無(wú)顯著 耗散達(dá)數(shù)天時(shí)期。
通過(guò)在所述至少一個(gè)電極3與所述聚合物層1的第二表面lb相互作用 時(shí)向所述至少一個(gè)電極3施加所述第一電勢(shì)P1注入到所述聚合物層1的第 二表面lb上的電荷的極性可反轉(zhuǎn)。這優(yōu)選地通過(guò)布置所述至少一個(gè)電極3 使得其與所述第二表面ib上的其中已注入電荷即其中已形成凸起4的區(qū)域 相互作用，和向所述至少一個(gè)電極3施加與所述第一電勢(shì)Pl相反極性的第 二電勢(shì)P2而進(jìn)行。在這種情況下，可例如在所述聚合物層1的第二表面lb上的帶電區(qū)域上重新掃描所述至少一個(gè)電極3。通過(guò)所述第二電勢(shì)P2的適 當(dāng)極性和量級(jí)的選擇，所述聚合物層1的第二表面lb上形成的凸起4可增 強(qiáng)、降低或者所述第二表面lb甚至可返回到未充電的中性狀態(tài)。此外，這 種可逆的操作允許電荷注入和因此的所述聚合物層1的第二表面lb的地形 地貌的改變順序進(jìn)行。
如上所述，所述至少一個(gè)電極3通過(guò)與所述聚合物層1的第二表面lb 接觸(下文中稱為操作的接觸模式)或者通過(guò)與其緊密接近例如隔開(kāi)至少 lnm(下文中稱為操作的非接觸模式)而與其相互作用。
在以非接觸模式操作的情況下，所述至少一個(gè)電極3和所述聚合物層1 的第二表面lb與它們保持接觸相比分別經(jīng)受較少的磨損。
對(duì)于接觸模式的操作，可注入到所述聚合物層1的第二表面lb上的電 荷的量大約為"乘以向所述至少一個(gè)電極3施加到的第一電勢(shì)Pl除以載 流子可滲入到所述聚合物層1中的深度或者滲透深度，其中5。 = 8.84乂 10-。CV"m-'并且所述滲透深度大約為lnm。因此，用向所述至少一個(gè)電極 3施加的〈10V的第一電勢(shì)可獲得大約0.1電子/niT^的電荷密度。當(dāng)與如在 操作以非接觸模式進(jìn)行時(shí)所作的通過(guò)場(chǎng)發(fā)射的電荷注入相比時(shí)，這是特別 有利的，在非接觸模式中為了實(shí)現(xiàn)上述的電荷密度，向所述至少一個(gè)電極3 施加的所述第一電勢(shì)P1的量級(jí)將必須為大約IOOV。這還具有如下關(guān)聯(lián)效 果與以接觸模式的操作的情況相比，所注入的電荷將更深地滲入到所述 聚合物層1的第二表面lb中。
當(dāng)以接觸模式進(jìn)行操作時(shí)，所述至少一個(gè)電極3的掃描運(yùn)動(dòng)和/或所述 至少一個(gè)電極3響應(yīng)向其施加的載荷力的垂直沖擊運(yùn)動(dòng)可有助于電荷注入 到所述聚合物層1的第二表面lb上。例如，向所述至少一個(gè)電^及3施加的 載荷力可為預(yù)定值并且使得在所述至少一個(gè)電極3和所述聚合物層1的第 二表面lb之間產(chǎn)生lMPa~ 100MPa的壓力。由于被施加所述第一電勢(shì)Pl 的所述至少一個(gè)電極3相對(duì)于所述聚合物層1的第二表面lb摩擦，因而通 過(guò)摩擦帶電效應(yīng)在其表面上注入電荷。
注入到所述聚合物層1的第二表面lb的電荷并且因此在其上所產(chǎn)生的 地形特征/凸起4可通過(guò)施加合適形式的能量而完全除去，例如熱量的應(yīng)用、 用紫外輻照和/或帶電顆粒進(jìn)行輻照、或者它們的組合。由于注入的電荷的 衰變速率通常溫度每改變20。C增加一個(gè)量級(jí)，因此可通過(guò)將所述聚合物層1加熱至100°C 200。C的溫度而在秒的時(shí)間尺度內(nèi)中和電荷。
從圖la和lb可以看出，所述至少一個(gè)電極3可具有充分延伸的結(jié)構(gòu) 使得與所述聚合物層1的第二表面lb的接觸可選擇性地和以使人想起蓋印 光刻法的方式建立。
可提供所述至少一個(gè)電極3以通過(guò)具有圖案化結(jié)構(gòu)的表面與所述聚合 物層1的第二表面lb相互作用。所述具有圖案化結(jié)構(gòu)的表面可為所述至少 一個(gè)電極3的表面，通過(guò)該表面與所述聚合物層1的第二表面lb建立相互 作用，期望所述圖案化結(jié)構(gòu)與如何將所述聚合物層1的第二表面lb的地形 圖案化是一致的。而且可以的是，所述具有圖案化結(jié)構(gòu)的表面還可為例如
按照本發(fā)明的實(shí)施方式的其表面圖案化的聚合物層1可用于納米技術(shù) 的許多不同的應(yīng)用例如光刻法、生物工程學(xué)、生命科學(xué)等，如下所述。
照?qǐng)D2,其顯示其中可使用本發(fā)明實(shí)施方式的可逆粘附應(yīng)用。根據(jù)本發(fā)明的 實(shí)施方式并且如之前參照?qǐng)D1所描述的那樣使聚合物層1的第二表面lb結(jié) 構(gòu)化，使得在其上產(chǎn)生多個(gè)凸起4。在圖2中所示的實(shí)例中，凸起4具有締 合的負(fù)電荷。
使所述第二表面lb與覆蓋表面5接觸。所述第二表面lb的凸起4與 所述覆蓋表面5上相應(yīng)的凹凸不平6互鎖。在所述覆蓋表面5處由與所述 聚合物層1的第二表面lb上的凸起4締合的電荷所誘導(dǎo)的圖像-極化相互 作用可進(jìn)一步有助于在所速第二表面lb和所述覆蓋表面5之間的粘附。從 圖2中可以看出，由于所述凸起4具有締合的負(fù)電荷，因而在所述覆蓋表 面5的與所述凸起4對(duì)應(yīng)的凹凸不平中誘導(dǎo)正電荷。這樣，所述聚合物層l 的第二表面lb和所述覆蓋表面5可保持在一起。它們之間的結(jié)合可通過(guò)向 系統(tǒng)提供能量例如熱量由此使在所述聚合物層1的第二表面lb上的電荷中 和而解除，所述聚合物層1的第二表面lb隨后恢復(fù)為其初始的非功能化狀 態(tài)并且與所述覆蓋表面5分離。
尺寸選擇性粘附
期望能夠?qū)⒁恍╊w粒物質(zhì)基于它們的尺寸并且特別是在納米尺度上進(jìn)
可逆粘附行分離。參照?qǐng)D3，其顯示本發(fā)明的實(shí)施方式如何可應(yīng)用于一些顆粒物質(zhì)的
尺寸選擇性分離。在圖3中所示的實(shí)例中，待分離的顆粒為帶相同電荷的 (like-charged)。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式并且如之前參照?qǐng)D1所描述的那樣使聚合物層 1的第二表面lb結(jié)構(gòu)化，使得在其上產(chǎn)生多個(gè)凸起4。在圖3中所示的實(shí) 例中，所述凸起4具有締合的負(fù)電荷。所述凸起4以預(yù)定間隔產(chǎn)生，所述 預(yù)定間隔小于期望從另 一帶負(fù)電的顆粒8篩分的帶負(fù)電的顆粒7的直徑。
從圖3a可以看到，由于所述聚合物層1的第二表面lb上的凸起4具 有締合的負(fù)電荷，因而直徑小于/對(duì)應(yīng)于相鄰?fù)蛊?之間間隔的顆粒8將吸 附在相鄰?fù)蛊?之間的第二表面lb上。在帶負(fù)電的顆粒8吸附在所述聚合 物層1的第二表面lb上處，誘導(dǎo)出正電荷，使得所述顆粒8通過(guò)靜電吸引 粘附在其上。作為對(duì)比并且從圖3b可以看到，較大的顆粒7由于具有比相 鄰?fù)蛊?之間的間隔大的直徑并且還被締合到所述凸起4的負(fù)電荷所排斥， 不能粘附到所述聚合物層1的第二表面lb上。
印刷中的油墨轉(zhuǎn)移
本發(fā)明的實(shí)施方式還可找到用于在印刷中油墨轉(zhuǎn)移的應(yīng)用，如將參照 圖4a-4c所述的。僅舉例來(lái)說(shuō)，對(duì)于具有締合的正電荷的油墨分子9描述本 發(fā)明在該領(lǐng)域中的應(yīng)用。類似地，所述方法也對(duì)具有較高等級(jí)電荷分布例 如偶極、四極等的分子起作用。而且，由于有效地提供偶極靜電相互作用 的圖像電荷效應(yīng)，所述方法也對(duì)不帶電的分子起作用，。
參照?qǐng)D4a，油墨分子9吸附在產(chǎn)生在聚合物層1的第二表面lb上的凸 起4上，所述聚合物層1的第二表面lb按照本發(fā)明的實(shí)施方式圖案化。在 本實(shí)例中，凸起4具有締合的負(fù)電荷。
從圖4b可以看到，通過(guò)其上油墨分子9的吸附而改變的聚合物層1的 第二表面lb與覆蓋表面5接觸。
參照?qǐng)D4c,通過(guò)向聚合物層l賦能，例如通過(guò)加熱，其回到非功能化 的狀態(tài)，使得與油墨分子9的粘附被除去。這樣，完成油墨分子9到所述 覆蓋表面5上的轉(zhuǎn)移，由與油墨分子9締合的電荷引起的在覆蓋表面5處 誘導(dǎo)的圖像-極化相互作用進(jìn)一步有助于這種轉(zhuǎn)移。
由于油墨分子9在期望表面上的粘附和/或轉(zhuǎn)移可使用地形和電荷的組 合在納米尺度上進(jìn)行控制，因此可避免在常規(guī)印刷方案中非常經(jīng)常遇到的邊緣褪色效應(yīng)。
將參照?qǐng)D5a-5c描述本發(fā)明的實(shí)施方式用于印刷中油墨轉(zhuǎn)移的進(jìn)一步 應(yīng)用。
參照?qǐng)D5a,聚合物層1的第二表面lb按照本發(fā)明的實(shí)施方式圖案化。 特別是，選擇凸起4的高度大于待轉(zhuǎn)移到覆蓋表面5上的油墨分子9的直 徑。這樣，當(dāng)所述覆蓋表面5與所述聚合物層1的第二表面lb對(duì)準(zhǔn)時(shí)，保 護(hù)所述油墨分子9不被刮掉。
此外，所述凸起4以預(yù)定的間隔形成。在圖5a中所示的實(shí)例中，相鄰 凸起4之間的預(yù)定間隔選擇為固定的并且使得至少4個(gè)油墨分子9吸附在 相鄰?fù)蛊?之間的槽中。當(dāng)然， 一對(duì)相鄰?fù)蛊?之間的間隔不限于此并且 還可選擇為與另一對(duì)相鄰?fù)蛊?的間隔不同。這樣，在相鄰各對(duì)凸起4之 間的預(yù)定間隔提供用于油墨分子9的吸附的圖案。凸起4還起到防止在邊 界處油墨分子9的泄漏的作用。
參照?qǐng)D5b,通過(guò)向聚合物層1提供能量例如熱量，所述聚合物層1上 的表面電荷被除去，導(dǎo)致凸起4變得水平。由于這種變平，油墨分子9最 終與所述覆蓋表面5接觸，所述表面5然后通過(guò)粘附將它們帶起。所述粘 附可通過(guò)所述覆蓋表面5中的電荷-極化而增強(qiáng)，所述電荷-極化可響應(yīng)于與 所述油墨分子9締合的電荷而發(fā)生。在所述覆蓋表面5與所述聚合物層1 的第二表面lb對(duì)準(zhǔn)之前使其預(yù)充電可進(jìn)一步有助于這種粘附。該粘附還可 通過(guò)使用對(duì)于覆蓋表面5合適的材料而增強(qiáng)，該合適的材料與所述第二表 面lb相比向油墨顆粒9提供較高的粘合、有利的界面能。
參照?qǐng)D5b,其中顯示的結(jié)構(gòu)可用于以特定圖案輸送和/或存儲(chǔ)油墨分子 9。當(dāng)然，該結(jié)構(gòu)不限于油墨分子9,和其它分子例如蛋白質(zhì)也可以這種方 式存儲(chǔ)和/或輸送。這可例如用于生物檢驗(yàn)應(yīng)用，在所述應(yīng)用中在樣品轉(zhuǎn)移 過(guò)程中例如在醫(yī)生或者病人的化驗(yàn)準(zhǔn)備和隨后在遙遠(yuǎn)實(shí)驗(yàn)室中的分析之間 需要保護(hù)蛋白質(zhì)免受環(huán)境影響。
以上僅僅舉例說(shuō)明描述了本發(fā)明并且可在本發(fā)明的范圍內(nèi)進(jìn)行細(xì)節(jié)的 修改。
提供或者以任何合適的J合提供。\ ' Z ' ; ° '
1權(quán)利要求
1.用于在聚合物層的表面上形成地形特征的器件，包括聚合物層(1)；包括導(dǎo)體的基底(2)，所述聚合物層(1)的第一表面(1a)提供在所述基底(2)上；和至少一個(gè)電極(3)，其在所述器件使用時(shí)與所述聚合物層(1)的第二表面(1b)相互作用，其中，當(dāng)使用時(shí)，所述器件可操作以相對(duì)于相對(duì)于所述基底(2)向所述至少一個(gè)電極(3)施加第一電勢(shì)(P1)，由此導(dǎo)致在所述聚合物層(1)的第二表面(1b)上形成凸起(4)。
2. 權(quán)利要求l的器件，其中所述至少一個(gè)電極(3)通過(guò)與所述聚合物層 (l)的第二表面(lb)接觸而與其相互作用。
3. 權(quán)利要求2的器件，其中一旦所述至少一個(gè)電極(3)與所述聚合物層(1)的第二表面(lb)接觸，則相對(duì)于該表面(lb)對(duì)該電極(3)進(jìn)行掃描和/或向所 述至少 一個(gè)電才及(3)施加載荷力。
4. 權(quán)利要求1的器件，其中所迷至少一個(gè)電極(3)與所述聚合物層(1) 的第二表面(lb)通過(guò)不接觸而相互作用。
5. 權(quán)利要求4的器件，其中在所述至少一個(gè)電極(3)和所述聚合物層(1) 的第二表面(lb)之間的距離至少為lnm。
6. 前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的器件，其中所述器件可操作以向所述至少 一個(gè)電極(3)施加第二電勢(shì)(P2),所述至少一個(gè)電極(3)與所述聚合物層(1)的 第二表面(lb)在其中已形成凸起(4)的區(qū)域中相互作用，所述第二電勢(shì)(P2)具 有與所述第一電勢(shì)(P1)相反的極性。
7. 前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的器件，其中所述器件可操作以向所述聚合 物層(l)施加熱量、輻照或者其組合。
8. 權(quán)利要求7的器件，其中將所述聚合物層(l)加熱到100。C 200。C的 溫度。
9. 前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的器件，其中所述聚合物層(l)包含聚苯乙烯 -r-苯并環(huán)丁烯30%無(wú)規(guī)共聚物，PS-30%-BCB。
10. 前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的器件，其中所述至少一個(gè)電極(3)具有充分延伸的結(jié)構(gòu)。
11. 前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的器件，其中所述至少一個(gè)電極(3)通過(guò)具有圖案化結(jié)構(gòu)的表面與所述聚合物層(l)的第二表面(lb)相互作用。
12. 用于在聚合物層的表面上形成地形特征的方法，所述聚合物層(l) 的第 一表面(1 a)提供在包括導(dǎo)體的基底(2)上，該方法包括如下步驟使至少一個(gè)電極(3)與所述聚合物層(l)的第二表面(lb)相互作用；和 相對(duì)于所述基底(2)向所述至少一個(gè)電極(3)施加第一電勢(shì)(P1),由此導(dǎo) 致在所述聚合物層(l)的第二表面(lb)上形成凸起(4)。
13. 權(quán)利要求12的方法，其中所述至少一個(gè)電極(3)通過(guò)與所述聚合物 層(l)的第二表面(lb)接觸而與其相互作用。
14. 權(quán)利要求13的方法，進(jìn)一步包括如下步驟 一旦所述至少一個(gè)電 極(3)與所述聚合物層(l)的第二表面(lb)接觸，相對(duì)于所述聚合物層(l)的第 二表面(lb)掃描所述至少一個(gè)電極(3)和/或向所述至少一個(gè)電極(3)施加載荷 力。
15. 權(quán)利要求12的方法，其中所述至少一個(gè)電極(3)與所述聚合物層(1) 的第二表面(lb)通過(guò)不接觸而相互作用。
16. 權(quán)利要求15的方法，其中在所述至少一個(gè)電極(3)和所述聚合物層 (l)的第二表面(lb)之間的距離至少為lnm。
17. 權(quán)利要求12-16中任一項(xiàng)的方法，進(jìn)一步包括向所述至少一個(gè)電極 (3)施加第二電勢(shì)(P2)的步驟，所述至少一個(gè)電極(3)與所述聚合物層(1)的第 二表面(lb)在其中已形成凸起(4)的區(qū)域中相互作用，所述第二電勢(shì)(P2)具有 與所述第一電勢(shì)(P1)相反的極性。
18. 權(quán)利要求12-17中任一項(xiàng)的方法，進(jìn)一步包括向所述聚合物層(l) 施加熱量、輻照或者其組合的步驟。
19. 權(quán)利要求18的方法，其中將所述聚合物層(l)加熱到100°C~200 。C的溫度。
20. 權(quán)利要求12-19中任一項(xiàng)的方法，其中所述聚合物層(l)包含聚苯 乙烯-r-苯并環(huán)丁烯30 %無(wú)規(guī)共聚物，PS-30 % -BCB。
21. 權(quán)利要求12-20中任一項(xiàng)的方法，其中所述至少一個(gè)電極(3)具有 充分延伸的結(jié)構(gòu)。
22. 權(quán)利要求12-21中任一項(xiàng)的方法，其中所述至少一個(gè)電極(3)通過(guò)具有圖案化結(jié)構(gòu)的表面與所述聚合物層(l)的第二表面(lb)相互作用。
23.聚合物層(l),其表面使用權(quán)利要求1-11中任一項(xiàng)的器件或者權(quán)利 要求12-22中任一項(xiàng)的方法而圖案化有地形特征。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于在聚合物層的表面上形成地形特征的器件，其包括聚合物層(1)；包含導(dǎo)體的基底(2)，所述聚合物層(1)的第一表面(1a)提供在所述基底(2)上；和至少一個(gè)電極(3)，其在所述器件使用時(shí)與所述聚合物層(1)的第二表面(1b)相互作用，其中，當(dāng)使用時(shí)，所述器件可操作以將相對(duì)于所述基底(2)的第一電勢(shì)(P1)施加到所述至少一個(gè)電極(3)上，由此導(dǎo)致在所述聚合物層(1)的第二表面(1b)上形成凸起(4)。
文檔編號(hào)G11B9/00GK101496106SQ200780027920
公開(kāi)日2009年7月29日 申請(qǐng)日期2007年7月18日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月28日
發(fā)明者伯恩德·W·戈特斯曼, 厄斯·T·杜里格, 阿明·W·諾爾 申請(qǐng)人:國(guó)際商業(yè)機(jī)器公司