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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)用于制造隨機存儲器或微處理器。盡管目前已開發(fā)了數(shù)以百計的具有高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)隊在開發(fā)出滿足下一代集成電路和存儲器節(jié)點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)、阿貢國家實驗室、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)點要求的嵌段共聚物定向組裝技術(shù)