AbstractThe formation of highly ordered patterns of block copolymers (BCPs) with high χ is important for next-generation lithography applications. We demonstrate here a surface-engineering methodology to enhance the self-assembly of poly(styrene-b-dimethylsiloxane) (PS-b-PDMS) BCPs with high χ by employing a hydroxyl-terminated polystyrene (PS-OH) brush. By precisely controlling the molecular weight (MW) and weight percent of PS-OH, well-ordered sub-20-nm BCP patterns were obtained over a large area in a short annealing time (<10 min) with the use of guiding templates. We systemically analyzed how the PS-OH brush affects the self-assembly kinetics of BCPs with various MWs and volume fractions. Moreover, the transmission electron microscopy (TEM) results strongly support that the PS-modulated surface plays an important role in the ordering of BCP patterns. We also achieved well-aligned 12 nm line and 18 nm dot patterns within 3 min by means of binary solvent vapor annealing at a moderate temperature under the optimum PS-OH brush conditions. These results provide a new platform for effective engineering and manipulation of the self-assembly of other BCPs for advanced BCP nanotechnologies.A facile and practical surface-engineering methodology to enhance the self-assembly of PS-b-PDMS BCPs with high χ by precisely controlling the molecular weight and weight percent of PS brushes. Highly ordered sub-20-nm BCP patterns were successfully obtained in a few minutes under the optimum PS brush condition.

中文翻译：

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通过导向模板的表面改性增强嵌段共聚物的自组装

摘要具有高 χ 的高度有序的嵌段共聚物 (BCP) 图案的形成对于下一代光刻应用很重要。我们在这里展示了一种表面工程方法，通过使用羟基封端的聚苯乙烯 (PS-OH) 刷来增强具有高 χ 的聚（苯乙烯-b-二甲基硅氧烷）（PS-b-PDMS）BCP 的自组装。通过精确控制 PS-OH 的分子量 (MW) 和重量百分比，使用引导模板在短时间内（<10 分钟）在大面积上获得了有序的亚 20 纳米 BCP 图案。我们系统地分析了 PS-OH 刷如何影响具有不同 MW 和体积分数的 BCP 的自组装动力学。而且，透射电子显微镜 (TEM) 结果强烈支持 PS 调制表面在 BCP 图案的排序中起着重要作用。我们还通过在最佳 PS-OH 刷条件下在中等温度下进行二元溶剂蒸汽退火，在 3 分钟内实现了对齐良好的 12 nm 线和 18 nm 点图案。这些结果为先进 BCP 纳米技术的其他 BCP 自组装的有效工程和操纵提供了一个新平台。 一种简便实用的表面工程方法，可通过精确地增强具有高 χ 的 PS-b-PDMS BCP 的自组装控制PS刷子的分子量和重量百分比。在最佳 PS 刷条件下，在几分钟内成功获得了高度有序的亚 20 纳米 BCP 图案。我们还通过在最佳 PS-OH 刷条件下在中等温度下进行二元溶剂蒸汽退火，在 3 分钟内实现了对齐良好的 12 nm 线和 18 nm 点图案。这些结果为先进 BCP 纳米技术的其他 BCP 自组装的有效工程和操纵提供了一个新平台。控制PS刷子的分子量和重量百分比。在最佳 PS 刷条件下，在几分钟内成功获得了高度有序的亚 20 纳米 BCP 图案。我们还通过在最佳 PS-OH 刷条件下在中等温度下进行二元溶剂蒸汽退火，在 3 分钟内实现了对齐良好的 12 nm 线和 18 nm 点图案。这些结果为先进 BCP 纳米技术的其他 BCP 自组装的有效工程和操纵提供了一个新平台。 一种简便实用的表面工程方法，可通过精确地增强具有高 χ 的 PS-b-PDMS BCP 的自组装控制PS刷子的分子量和重量百分比。在最佳 PS 刷条件下，在几分钟内成功获得了高度有序的亚 20 纳米 BCP 图案。这些结果为先进 BCP 纳米技术的其他 BCP 自组装的有效工程和操纵提供了一个新平台。 一种简便实用的表面工程方法，可通过精确地增强具有高 χ 的 PS-b-PDMS BCP 的自组装控制PS刷子的分子量和重量百分比。在最佳 PS 刷条件下，在几分钟内成功获得了高度有序的亚 20 纳米 BCP 图案。这些结果为先进 BCP 纳米技术的其他 BCP 自组装的有效工程和操纵提供了一个新平台。 一种简便实用的表面工程方法，可通过精确地增强具有高 χ 的 PS-b-PDMS BCP 的自组装控制PS刷子的分子量和重量百分比。在最佳 PS 刷条件下，在几分钟内成功获得了高度有序的亚 20 纳米 BCP 图案。