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【材料】清华大学何向明/徐宏课题组在光刻胶领域再发JACS

时间：2023-10-31 来源： 浏览：

【材料】清华大学何向明/徐宏课题组在光刻胶领域再发JACS

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含金属纳米粒子具有纳米级尺寸，但是其纳米特性往往难以充分应用在纳米制造上。近日， 清华大学何向明/徐宏 团队报告了一类 在室温下呈现液态的锌基纳米粒子液体（Zinc-based nanoparticle liquids, Zn-NPLs），并对它们在光刻领域的应用进行了研究。 通过设计一种金属核电荷屏蔽策略，在锌核的外围环绕一圈中性的苯环以及有机胺，减弱了纳米颗粒之间的相互作用，从而获得了在室温下呈现液态的锌基纳米颗粒。理论计算表明，这些纳米粒子的外表面几乎是中性的。同时，用这种方法共合成了22种纳米粒子，它们都显示出了光刻特性，甚至在极紫外曝光下已经获得了16 nm的极紫外曝光图形。
该研究设想，这种设计策略具有合成的可扩展性和结构的可扩展性，对新型光刻胶的研发提供了有力的支持和广泛的探索空间。

在合成过程中，研究人员发现即使更换了羧酸和有机胺的种类，依旧可以获得室温下呈液态的纳米颗粒。因此，研究人员对羧酸和有机胺种类进行了广泛的扩展，共获得了22种锌基纳米颗粒液体。

图1. Zn-NPL纳米颗粒的合成多样性
电荷的有效屏蔽使Zn-NPLs具有良好的成膜性和溶解性。因此，如果打破它的电荷屏蔽环境，就有可能改变它们的溶解度。作为验证，在Zn-NPLs的成膜溶液中加入N-羟基萘酰亚胺三氟甲磺酸(一种光刻中常用的光致产酸剂，可以在光照下分解并产生强酸)，然后将旋涂出的薄膜在248、254和365 nm波长的紫外光照射下通过掩模版进行曝光。发现曝光和未曝光区域的薄膜在有机试剂中具有不同的溶解度，曝光后的Zn-NPLs溶解度变差，因此形成了曝光图形。值得注意的是，本研究中所有Zn-NPLs都能够通过这种方法获得图案。甚至，在波长为13.5 nm的极紫外光源曝光下，已经拿到了16 nm的高分辨率密集线条图形。

图2. 不同曝光条件下的曝光图形
该研究论文发表在 Journal of the American Chemical Society 期刊上。论文的共同通讯作者为清华大学核能与新能源技术研究院新型能源与材料化学实验室 何向明 （Xiangming He）研究员、 徐宏 （Hong Xu）副教授、瑞士Paul Scherrer Institute的 Yasin Ekinci 。该研究获得国家自然科学基金项目(No. 52073161)、北京市科委项目(No. Z211100004821008)和清华大学自主科研项目(No. 2021Z11GHX010)的资助。清华大学高性能计算中心提供了计算资源的支持。
原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面）：
Charge Shielding-Oriented Design of Zinc-Based Nanoparticle Liquids for Controlled Nanofabrication
Peipei Tao, Qianqian Wang, Michaela Vockenhuber, Da Zhu, Tianqi Liu, Xiaolin Wang, Ziyu Hu, Yimeng Wang, Jianlong Wang, Yaping Tang, Yasin Ekinci*, Hong Xu*, and Xiangming He*
J. Am. Chem. Soc. , 2023 , DOI: 10.1021/jacs.3c07595
导师介绍
何向明
https://www.x-mol.com/groups/hexmgroup
更多课题组信息，请关注“何向明”公众号。课题组光刻胶相关研究进展，请参考下列链接和参考文献。
https://www.tsinghua.edu.cn/info/1175/107221.htm
https://www.tsinghua.edu.cn/info/1175/106918.htm

参考文献：
1. Sensitive photoresists for high-speed two­-photon lithography. Nature Nanotechnology 2023 , online.
2. Ultrahigh-printing-speed photoresists for additive manufacturing. Nature Nanotechnology 2023 , online.
3. Charge Shielding-Oriented Design of Zinc-Based Nanoparticle Liquids for Controlled Nanofabrication. J. Am. Chem. Soc . 2023 , online.
4. Exceptional Light Sensitivity by Thiol–Ene Click Lithography. J. Am. Chem. Soc . 2023 , 145 (5), 3064-3074.
5. Suppressing of secondary electron diffusion for high-precision nanofabrication. Materials Today 2023 , 67 , 95-105.
6. Trends in photoresist materials for extreme ultraviolet lithography: A review. Materials Today 2023 , 67 , 299-319.
7. Theoretical Insights into the Solubility Polarity Switch of Metal–Organic Nanoclusters for Nanoscale Patterning. Small Methods 2023 , 7 (10), 2300309.
8. Process optimization of contact hole patterns via a simulated annealing algorithm in extreme ultraviolet lithography. Applied Optics 2023 , 62 (4), 927-932.
9. Critical dimension prediction of metal oxide nanoparticle photoresists for electron beam lithography using a recurrent neural network. Nanoscale 2023 .
10. Process optimization of line patterns in extreme ultraviolet lithography using machine learning and a simulated annealing algorithm. Applied Optics 2023 , 62 (11), 2892-2898.
11.Canny Algorithm Enabling Precise Offline Line Edge Roughness Acquisition in High-Resolution Lithography. ACS Omega 2023 , 8 (4), 3992-3997.
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