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Zusammenfassung
  • Die Selbstorganisation von Blockcopolymeren (BCP) durch Mikrophasentrennung ist eine aufstrebende Technik, die die kostengünstige, großflächigen Erzeugung periodischer Strukturen mit einer Breite unter 10 nm ermöglicht. Sie ergänzt die EUV-Lithografie, um die Auflösung über die Grenzen der optischen Lithografie hinaus zu steigern. Ziel dieser Arbeit ist es, die Bildung von Nanostrukturen in zylinderbildenden PS-b-PDMS-Blockcopolymeren (16 und 21 kg/-mol) mit hohem χ mittels Ausheilung im Lösungsmitteldampf zu analysieren und zu steuern. Dabei werden die wichtigsten Prozessparameter für Anordnung und Ausrichtung der Strukturen systematisch untersucht. Es wird gezeigt, dass sich PS-b-PDMS auf verschiedenen metallischen Substraten, auf Graphen und lithographisch vorstrukturierten Substraten gerichtet selbstorganisiert. Die morphologische und chemische Charakterisierung der Nanostrukturen erfolgt mittels AFM, SEM, TEM, DRIFT- und Raman-Spektroskopie. Die TEM-Untersuchung zeigt halbzylindrische Strukturen, und die DRIFT-Analyse bestätigt die Umwandlung von PDMS in SiOx mit Kohlenstoffrückständen nach der Plasmabehandlung. Durch die Reduzierung der Schichtdicke unter den natürlichen Domänenabstand konnten hexagonal angeordnete, senkrecht stehende Zylinder erzeugt werden. Das selektive Aufquellen des PDMS-Blocks führt zu Antidot-Morphologien aus einem zylinderbildenden Polymer. Darauf aufbauend wird für zukünftige Arbeiten eine Memristor-Architektur mittels Antidot-Strukturen vorgeschlagen
Abstract
  • Block copolymer (BCP) self-assembly by microphase separation is an emerging technique that enables the creation of sub-10 nm periodical patterns on large surfaces at low cost. It is thus a complementary approach to EUV lithography for extending resolution beyond the current limits of optical lithography. The aim of this thesis is to analyse and control the formation of nanostructures in cylinder-forming high-χ PS-b-PDMS block copolymers (16 and 21kg/mol) using solvent vapor annealing (SVA). Key processing parameters governing the ordering and orientation of the nanostructures are studied systematically. PS-b-PDMS is shown to self-assemble on different metallic substrates and on monolayer graphene, for which a transfer protocol from copper foils is established. Directed self-assembly in lithographically defined trenches is also explored. Morphological and chemical characterization of the nanostructures is performed using AFM, SEM, TEM, DRIFT and Raman spectroscopy. Cross-sectional TEM reveals half-cylindrical features, and DRIFT spectroscopy confirms the conversion of PDMS to SiOx with residual carbon after plasma processing. Reducing the film thickness below the natural domain spacing enables hexagonally ordered perpendicular cylinders. Selective swelling of the PDMS block during dynamic SVA produces antidot morphologies from a cylinder-forming polymer. Building on these results, a memristor device architecture exploiting the antidot structures is proposed as a direction for future work.
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