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  嵌段共聚物定向組裝技術(shù)(directed self-assembly, DSA)有望近期被半導(dǎo)體行業(yè)用于制造隨機(jī)存儲器或微處理器。盡管目前已開發(fā)了數(shù)以百計(jì)的具有高Flory-Huggins 熱力學(xué)相互作用參數(shù)(χ)的嵌段共聚物，但各嵌段相過大的表面能差導(dǎo)致這些共聚物材料都不能有效兼容目前的光刻工藝流程，同時組裝過程中缺陷率過高等因素成為制約定向組裝技術(shù)向下一代隨機(jī)存儲器或微處理器單元挺進(jìn)的最大障礙。

  近日，浙江大學(xué)伍廣朋研究員和徐志康教授研發(fā)團(tuán)隊(duì)在開發(fā)出滿足下一代集成電路和存儲器節(jié)點(diǎn)要求的二氧化碳基苯乙烯-碳酸丙烯酯嵌段共聚物的基礎(chǔ)上(Nano Lett. 2017, 17, 1233–1239. Highlight by HGST)，對這一新型嵌段共聚物材料的合成方法進(jìn)行了深入研究，相關(guān)論文發(fā)表在新一期的大分子上。(Synthesis of CO2-Based Block Copolymers via Chain Transfer Polymerization Using Macro-initiators: Activity, Blocking Efficiency, and Nanostructure Macromolecules, 2018, 10.1021/acs.macromol.7b02231)。

圖1. 鏈轉(zhuǎn)移法制備二氧化碳基嵌段共聚物的機(jī)理圖以及具有不同嵌段效率苯乙烯-碳酸丙烯酯共聚物薄膜的熱退火自組裝電鏡照片

  本文中作者詳細(xì)研究了利用鏈轉(zhuǎn)移聚合法(Chain-Transfer Polymerization)制備多種二氧化碳基嵌段共聚物的影響因素，并首次引入了嵌段效率（Blocking Efficiency）這一概念，實(shí)現(xiàn)了對嵌段共聚物合成“優(yōu)劣”的定量表征。研究發(fā)現(xiàn)大分子鏈轉(zhuǎn)移劑的分子量、親疏水性、轉(zhuǎn)移劑加入量等對反應(yīng)活性、嵌段效率都有直接的影響。隨后，通過對具有不同嵌段效率苯乙烯-碳酸丙烯酯嵌段共聚物的自組裝研究，實(shí)現(xiàn)了自組裝過程中缺陷率的定性定量表征。

  這一研究為該材料后期的規(guī)模化制備和定向組裝過程中缺陷率的有效控制打下了一定基礎(chǔ)；同時，反應(yīng)機(jī)理的深入理解和嵌段效率的有效控制也為該方法在均孔分離膜、自愈合材料等領(lǐng)域的拓展鋪平了道路。碩士生張瑤瑤為該論文的第一作者。

  該研究得到了國家自然科學(xué)基金和浙江大學(xué)百人計(jì)劃的支持。這一涉及合成、半導(dǎo)體材料、微電子和光刻技術(shù)的交叉研究也得到了包括美國德州農(nóng)工大學(xué)、阿貢國家實(shí)驗(yàn)室、芝加哥大學(xué)等合作單位的協(xié)助。

  相關(guān)鏈接：

  1. Synthesis of CO2-Based Block Copolymers via Chain Transfer Polymerization Using Macroinitiators: Activity, Blocking Efficiency, and Nanostructure, Macromolecules, DOI: 10.1021/acs.macromol.7b02231 

  https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.macromol.7b02231

  2. 滿足下一代集成電路節(jié)點(diǎn)要求的嵌段共聚物定向組裝技術(shù)