Nano-Scale Patterning by Gold Self-Assembly on PS-PB-PS Triblock Copolymer Thin Film Templates

PS-PB-PS 삼블럭 공중합체 박막형판에서의 금의 자기응집에 의한 Nano-Scale 패턴형성

This paper describes how the gold particles self assemble on the specific phase on the microphase separated block copolymer thin film and form a well ordered patterns. For this study, polystyrene-polybutadiene-polystyrene (PS-PB-PS) triblock copolymer (30wt % PS) thin films (${\sim}100nm$) having a cylindrical morphology were cast from 0.1wt% toluene solution to be used as polymer thin film templates. The films having either vertical PS cylinders or in-plane PS cylinders in PB matrix from each different solvent evaporation condition were obtained. Cross-sectional transmission electron microscopy(TEM) was used to study the surface and bulk morphologies of block copolymer thin films. Small amount of gold particles was evaporated on a block copolymer thin film template to obtain a nano-scale pattern. When an as-cast thin film template was used, gold particles preferentially self assemble on the low surface tension PB phase and a relatively well ordered pattern in nano-scale was produced. However, after the formation of a low surface energy PB rich layer upon annealing, a gold self-assembled pattern was not observed.

본 논문에서는 미세 상분리된 블럭 공중합체 박막의 특이상에서 금 입자들이 어떻게 자기응집(self assemble) 되고 잘 배열된 패턴을 형성하는지를 살펴보았다. 본 연구에서는 원통형 모폴로지를 갖는 PS-PB-PS 삼블럭 공중합체(30wt% PS) 박막(${\sim}100nm$)을 0.1wt% 톨루엔 용액으로부터 캐스팅하여 고분자 박막 형판(template)으로 사용하였다. 각각의 상이한 용매 증발조건으로부터 PB matrix내에 수평배열 PS cylinder와 수직 PS cylinder를 함께 갖는 막이 얻어졌다. 블럭 공중합체박막의 표면 및 bulk 몰폴로지를 살펴보기 위하여 단면투과전자현미경(TEM)을 사용하였다. Nano-scale 패턴을 얻기 위하여는 소량의 금입자를 블럭 공중합체 박막상에 증발시켰다. 캐스팅된 상태 그 대로의 박막형판이 사용되어질때 금입자들은 표면 장력이 적은 PB상에 우선적으로 자기응집(self as-semble)하여 비교적 잘 배열된 nano-scale의 패턴을 형성하였다. 그러나 열처리(annealing)에 의하여 표면장력이 적은 PB-rich충이 형성된 후에는 금입자의 자기응집에 의한 패턴은 관찰되지 않았다.