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新型光刻胶,以鸡蛋清为原料

光刻胶是指通过紫外光、深紫外光、电子束、离子束、X射线等光照或辐射,其溶解度发生变化的耐蚀刻薄膜材料,是光刻工艺中的关键材料,主要应用于集成电路和半导体分立器件的细微图形加工。而国产商用光刻胶尚无能力与国际主要制造商进行抗衡,有数据显示进口光刻胶占据国内87%的市场份额,自给率低。同时传统的光刻需要繁琐复杂的步骤,并且在制备和使用过程中会使用有毒化学品。为了提高我国在光刻胶领域的自主话语权并保护环境,另辟蹊径开发新型基于天然生物材料的光刻胶以代替基于化石源的合成化学品将有利于我国战略乃至人类社会的可持续发展。鸡蛋是我们生活中的一种常见食物,但是你能想象鸡蛋可以变成光刻胶吗?这听起来像是在变魔术。


近期,在国家自然科学基金委的支持下(51673112, 21374057, 51303100)陕西师范大学杨鹏点击查看介绍课题组开发了一种使用鸡蛋清制备的并且可用水显影光刻胶。鸡蛋清是一种非常常见的天然生物材料,它只是取自鸡蛋这样一种我们的日常食物,这使得它具有极大的自然丰度和低成本。杨鹏领导的科研团队发现鸡蛋清具有对紫外光(UV)和电子束(EBL)辐照的双重敏感性,因此具有形成光刻胶的基本条件。与传统的光刻胶不同,基于鸡蛋清的光刻胶非常的便宜而且绿色环保,制备过程简单并且使用的都是无毒溶剂,从而为将该技术从实验室推广到大规模工业化应用提供了关键条件。

图1 鸡蛋清光刻胶的制备


鸡蛋清中的主要蛋白成分是多种蛋白质的混合物,其通常在外部能量照射下发生断裂或聚集。在这种情况下,由于多种蛋白间力(例如交联、疏水和静电相互作用)以及二硫键的形成,蛋白质分子在辐照后会变成更有序的β-折叠结构形成变性聚集体。经过辐照的蛋白聚集后不溶于水,在经过水的漂洗后选择性地保留下来,其他未收到辐照的蛋白质涂层则被洗去,最终得到负型图案。但是当鸡蛋清中掺入甘油之后,就具备了从负型图案转变为正型图案的能力。通过对红外及多种测试手段的结果分析,研究人员发现甘油的加入会促进鸡蛋清中蛋白质的构象保持,从而降低蛋白质的聚集,在辐照时更容易被降解成小分子。在水中进一步显影以冲洗曝光区域中的断裂分子碎片后,可以最终获得正型图案。通过UV或EBL辐照制成的光刻胶可以将微/纳米图案转移至基底(Si、SiO2、Au和Cu),从而可应用在电子和半导体工业中。

图2 鸡蛋清光刻胶应用于电子束光刻


图3 鸡蛋清光刻胶在金属/半导体刻蚀方面的应用


以上研究发表于最新一期的《先进材料界面》Advanced Materials Interfaces, DOI: 10.1002/admi.201601223)上。并申请了中国发明专利(申请号:2016109353027)。


该论文作者为:Bojing Jiang, Jie Yang, Chen Li, Liangliang Zhang, Xu Zhang, Peng Yang

原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文):

Water-Based Photo- and Electron-Beam Lithography Using Egg White as a Resist

Adv. Mater. Interfaces, 2017, DOI: 10.1002/admi.201601223


导师介绍

杨鹏

http://www.x-mol.com/university/faculty/12394


X-MOL材料领域学术讨论QQ群(338590714


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