Directed self-assembly of block copolymers for the fabrication of nanomechanical structures

Abstract

El principal objectiu d'aquesta tesi, titulada "autoensamblatge dirigit de copolímers de bloc per a la fabricació d'estructures nanomecàniques", és demostrar la possibilitat de fabricar estructures nanomecàniques funcionals mitjançant el autoensamblatge dirigit (DSA) de copolímers de bloc (BCPs) com a tècnica de nanoestructuració .

El DSA és una tècnica de nanolitografía bottom-up basada en la capacitat que tenen els BCPs de segregar en dominis d'escala micro / nanomètrica. Gràcies a la seva alta resolució, alt rendiment i baix cost, aquesta tècnica ha estat molt estudiada per la indústria de semiconductors per nanoelectrònica, però també ha estat aplicada en altres camps que requereixen d'una alta densitat d'elements a escala nanomètrica.

En aquesta tesi presentem un procés innovador basat en DSA que demostra ser apte per a la fabricació de sistemes nanomecànics. Vam demostrar la fabricació de membranes de silici suspeses ancorades per matrius de gran nombre de nanofils de silici emprant la grafoepitaxia de poliestirè-b-polimetilmetacrilat (PS-b-PMMA), un dels BCP més estesos. Els dispositius obtinguts poden desenvolupar-se per construir sensors de massa d'alta sensibilitat basats en ressonadors nanomecànics.

El principal objetivo de esta tesis, titulada "Autoensamblaje dirigido de copolímeros de bloque para la fabricación de estructuras nanomecánicas", es demostrar la posibilidad de fabricar estructuras nanomecánicas funcionales mediante el autoensamblaje dirigido (DSA) de copolímeros de bloque (BCPs) como técnica de nanoestructuración.

El DSA es una técnica de nanolitografía bottom-up basada en la capacidad que tienen los BCPs de segregarse en dominios de escala micro/nanométrica. Gracias a su alta resolución, alto rendimiento y bajo coste, esta técnica ha sido muy estudiada por la industria de semiconductores para nanoelectrónica, pero también ha sido aplicada en otros campos que requieren de una alta densidad de elementos a escala nanométrica.

En esta tesis presentamos un proceso novedoso basado en DSA que demuestra ser apto para la fabricación de sistemas nanomecánicos. Demostramos la fabricación de membranas de silicio suspendidas ancladas por matrices de gran número de nanohilos de silicio empleando la grafoepitaxia de poliestireno-b-polimetilmetacrilato (PS-b-PMMA), uno de los BCP más extendidos. Los dispositivos obtenidos pueden desarrollarse para construir sensores de masa de alta sensibilidad basados en resonadores nanomecánicos.

The main goal of this dissertation, entitled "irected self-assembly of block copolymers for the fabrication of nanomechanical structures", is to demonstrate the possibility of fabricating nanomechanical functional structures by employing the directed self-assembly (DSA) of block copolymers (BCPs) as a nanopatterning tool.

DSA is a bottom-up nanolithography technique based on the ability of BCPs to segregate into domains at the micro/nanoscale, and it has attracted high interest due to its inherent simplicity, high throughput, low cost and potential for sub-10 nm resolution. Thanks to these characteristics, the technique has been heavily studied by the semiconductor industry for nanoelectronics, and also applied to alternate fields that might require from the definition of high-density nanoscale features.

In this thesis we present a novel fabrication route based on DSA that proves to be suitable for the fabrication of nanomechanical systems. Here, we demonstrate the fabrication of suspended silicon membranes clamped by high-density arrays of silicon nanowires by using a DSA approach based on the graphoepitaxy of polystyrene-b-poly(methyl methacrylate) (PS-b-PMMA), a well-known diblock copolymer. Obtained devices can be further developed for building up high-sensitive mass sensors based on nanomechanical resonators.