Revolutionaire Een-Stap Masker Diffractie Lithografie voor Precieze 3D Opgehangen Structuren

Samenvatting

We stellen een nieuwe een-stap belichtingsmethode voor voor het fabriceren van driedimensionale (3D) opgehangen structuren, gebruikmakend van de diffractie van maskerpatronen met kleine lijndikte. Een optisch model van het belichtingsproces wordt opgebouwd, en de 3D lichtintensiteitsverdeling in de fotoweerstand wordt berekend op basis van de Fresnel-Kirchhoff diffractieformulering. Verschillende 3D opgehangen fotoweerstandstructuren zijn gerealiseerd, zoals balken, netten, woordpatronen en meervoudige structuren. Na de pyrolyse van SU-8 structuren worden opgehangen en vrijstaande 3D koolstofstructuren verkregen, die grote potentieel tonen in toepassingen als transparante elektrode, semi-transparante zonnecellen en energielopslagapparaten.

Inleiding

3D koolstof micro-electro-mechanische systeem (C-MEMS) structuren trekken steeds meer aandacht vanwege hun uitstekende chemische stabiliteit, electrochemische activiteit en biocompatibiliteit [1,2,3,4,5]. Opgehangen koolstofstructuren zijn de typische 3D C-MEMS structuren vrij van intermoleculariteit [2], die significante voordelen bieden in sensoren [6, 7], micro-elektroden [8, 9] en energielopslagtoepassingen [9]. Diverse C-MEMS microstructuren zijn gerealiseerd door pyrolyse van polymeren, waarbij SU-8 de meest gebruikte precursor is voor pyrolytische koolstofstructuren [10, 11]. Vanwege de lage lichtabsorptie is het eenvoudig om hoge aspectratio microstructuren met SU-8 te fabriceren [12]. Het blijft echter een grote uitdaging om opgehangen polymertemplates te verkrijgen.

Diverse benaderingen zijn ontwikkeld voor het fabriceren van opgehangen microstructuren, zoals E-bundel schrijvers [13,14,15], Röntgenstraling [10, 16], en twee-fotonen lithografie [17,18,19]. Twee-fotonen lithografie is een haalbare manier voor complexe opgehangen structuren, zoals opgehangen holle microbuizen, met grote nauwkeurig maar lage efficiëntie [17]. Rekening houdend met efficiëntie en kosten, zou UV-lithografie een betere keuze kunnen zijn voor het fabriceren van fotoweerstands-precursoren. Multi-stap lithografieprocessen gecontroleerde belichtingsdosis voor het fabriceren van opgehangen structuren zijn gedemonstreerd [3, 6, 7, 20]. Lim et al. [21] fabriceren opgehangen nanodraden en nanonetten met een twee-stap UV-lithografieproces en verkregen glasachtige koolstofnanostructuren via een pyrolyseproces. Sommige een-stap lithografiemethodes zijn ook voorgesteld. No et al. [22] realiseerden opgehangen microstructuren met een enkele belichtingsproces, waarbij een optische diffuserfilm op de Cr-maskers werd geplaatst. De diffuserfilm had een significante impact op het belichtingsproces, wat leidde tot vervorming van fotoweerstandspatronen. Long et al. [2] fabriceren met succes 3D opgehangen structuren door de belichtingsdosis en het luchttussenruimte tussen de fotoweerstand en het fotomasker te controleren tijdens het proximiteitsbelichtingsproces, terwijl de proximiteitsbelichtingsmodus de fabricageresolutie beperkte. Grijswaardenfotolithografie is ook toegepast in het fabriceren van opgehangen structuren met grijswaardenmaskers of maskerloze lithografiesystemen [11, 23]. Aangezien SU-8 bijna transparant is wanneer de lichtgolfengte boven 350 nm ligt [12], is het zeer moeilijk om de nauwkeurigheid van de dikte van de opgehangen laag te controleren door de belichtingsdosis aan te passen [8, 10]. Hemanth et al. [10] optimaliseerden de UV-golfengte in het belichtingsproces volgens de eigenschappen van SU-8. Ze kozen de UV-golfengte van 405 nm voor hoge aspectratio microstructuren en 313 nm voor de opgehangen laag. Echter, de combinatie van belichting met verschillende UV-golfengtes verhoogt de kosten en moeilijkheden van het hele fabricageproces.

In deze studie demonstreren we een nieuwe een-stap masker-gebaseerde diffractielithografieproces dat compatibel is met de meeste soorten fotoweerstand om 3D opgehangen structuren te fabriceren. Een 3D lichtintensiteitsverdeling wordt gesimuleerd in de fotoweerstand volgens Kirchhoff's diffractietheorie en verder geverifieerd door experimenten. De dikte van de opgehangen structuren wordt gecontroleerd door de breedte van de patronen, en de opgehangen balken worden verbreed door meerdere lijnpatronen naast elkaar te stapelen met passende afstand. Complexe 3D opgehangen structuren, zoals balken met gradient dikte en volledig opgehangen netten met woordpatronen, kunnen worden bereikt door het een-stap lithografieproces. Tenslotte zijn opgehangen koolstofbalken, netten en vrijstaande koolstofnetten ook verkregen via een pyrolyseproces.

Methoden en Experimenten

Optisch Model van Diffractielithografie

Tijdens het UV-lithografieproces zal het diffractiefenomeen heel duidelijk zijn wanneer de patroongrootte te klein is. Hier benutten we de diffractie van smalle patronen met diverse golfengte-breedtes om opgehangen balken te fabriceren. Om de ruimtelijke lichtintensiteitsverdeling in de fotoweerstand te analyseren, bouwen we een optisch model (Fig. 1) voor diffractielithografie gebaseerd op Fresneldiffractie. Het luchttussenruimte tussen de fotoweerstand en het fotomasker kan genegeerd worden aangezien de belichting plaatsvindt in een harde contactmodus. Het masker wordt verlicht met een vlakke golf bij een typische golfengte van 365 nm, en de fotoweerstand wordt behandeld als een transparant materiaal met brekingsindex 1,659 (de brekingsindex van SU-8 bij 365 nm, gemeten met een ellipsometer). P₀ is een punt op het masker met coördinaat (x₀, y₀, 0), en P₁ is een willekeurig punt in de fotoweerstand met coördinaat (x₁, y₁, z₁).

Het optische model van de diffractielithografie

Volgens de Fresnel-Kirchhoff diffractieformulering [24] is de amplitude in punt P₁ in de fotoweerstand:

waar k = 2π/λ, λ de golfengte van UV-licht in de fotoweerstand vertegenwoordigt, E(P₀) de lichtgolfamplitude in punt P₀ is, θ de hoek is tussen P₀P₁ en de z-as, r de afstand is tussen P₁ en P₀, en Σ het integraaldomein van het maskerpatroon vertegenwoordigt. Volgens de meetkundige relatie in Fig. 1 kunnen we verkrijgen:

E(P₀) is een constante in het model. Dus de berekeningsformule wordt:

Vervolgens worden de integralen berekend met Matlab-software, en de lichtintensiteitsverdeling in de fotoweerstand kan worden uitgedrukt als:

waar (x, y, z) gelijk is aan de coördinaat van P₁.

Om de absorptie van de fotoweerstand verder te onderzoeken, hebben we de berekeningen van de lichtintensiteit gewijzigd bij het in rekening brengen van de absorptiecoëfficiënt. Wanneer een lichtbundel door de fotoweerstand gaat van P₀ naar P₁, kan de lichtintensiteit worden berekend door de volgende formule [25].

waar I₀ de initiële lichtintensiteit in punt P₀ is, I_α de lichtintensiteit in punt P₁, α de absorptiecoëfficiënt van de fotoweerstand, en r de afstand tussen P₀ en P₁. We definiëren I_α=0 als de lichtintensiteit in punt P₁ wanneer α = 0 μm⁻¹. Het is eenvoudig te verkrijgen dat I_α=0 = I₀ volgens formule (6). De relaties tussen E(P_α=0) (de amplitude corresponderend met I_α=0) en E(P_α) (de amplitude corresponderend met I_α) kunnen worden uitgedrukt als:

Dus, bij het in rekening brengen van de absorptie van de fotoweerstand in de diffractielithografie, kan de amplitude in punt P₁ (gedefinieerd als E(P_1α)) worden berekend door:

En de lichtintensiteit kan worden verkregen door formules (2), (3), (5) en (8).

Experimentele Details

Maskers met lijnpatronen werden gebruikt om opgehangen structuren te fabriceren, terwijl cirkels of vierkanten ontworpen waren voor het fabriceren van pilaren om de opgehangen laag te ondersteunen. Twee soorten dikke negatieve fotoweerstand werden in de experimenten gebruikt, waaronder SU-8 2100 (Microchem Co., Ltd.) met dikte van ~50 μm en NR26-25000P (Futurrex Co., Ltd.) met dikte van ~30 μm. Het belichtingsproces werd uitgevoerd met een MJB4 masker-aligner, waar de golfengte van de verlichtende UV-licht 365 nm was. De opgehangen structuren kunnen worden verkregen na de monsters werden gedoopt in de ontwikkelaar voor een bepaalde tijd. Hier werd propylene glycol methyl ether acetaat (PGMEA, Aladdin Co., Ltd.) gebruikt als ontwikkelaar voor de SU-8 2100 monsters en RD6 ontwikkelaar (Futurrex Co., Ltd.) gekozen voor de NR26-25000P monsters. Tenslotte werd een pyrolyseproces [16, 26, 27] met een harde bakstap en een carbonisatiebakstap uitgevoerd in een kwartsoven (MTI GAL 1400X) om 3D koolstofmicrostructuren te verkrijgen. Het hele proces is geïllustreerd in Fig. 2a, en de temperatuurschwankingen tijdens het pyrolyseproces zijn geïllustreerd in Fig. 2b. De monsters werden hard gebakken bij 300 °C gedurende 30 min en daarna gecarboniseerd bij 900 °C gedurende 60 min. Tijdens het pyrolyseproces werden de monsters gehouden in een H₂(5%)/Ar(95%) atmosfeer met een verwarmingssnelheid van 10 °C/min. De verkregen microstructuren werden gekarakteriseerd met een scanning elektronenmicroscoop (SEM, Helios NanoLab G3, FEI).

a Het proces voor het fabriceren van 3D koolstof opgehangen structuren. b De temperatuurcurve van de pyrolyse

Resultaten en Discussies

Lichtintensiteitsverdeling

Figuur 3a toont de doorsnede van de 3D lichtintensiteitsverdeling onder een lijnvormig masker met de lijndikte d = 1 μm, 1,5 μm, 2 μm, 2,5 μm, 3 μm, 3,5 μm en 4 μm, respectievelijk. Hier wordt relatieve intensiteit gebruikt, en de invalslichtintensiteit wordt gedefinieerd als 1. Het licht aan de bodem van de fotoweerstand zal geleidelijk verstrooien ten gevolge van het lichtdiffractie-effect. Eenmaal de lichtintensiteit een drempelwaarde bereikt, krijgt de fotoweerstand voldoende energie om de reactie los te laten lopen en vast te worden; anders wordt het verwijderd in het ontwikkelingsproces. De dikte van het gebied boven de drempel (0,75 in deze studie) wordt gedefinieerd als de belichtingsdiepte, wat zeer gevoelig is voor de patroonbreedte. De belichtingsdiepte is 5,3 μm bij d = 1 μm en 18,2 μm bij d = 2 μm. Deze neemt verder toe tot 33,5 μm bij d = 3 μm en 47,5 μm bij d = 4 μm. Als de lijndikte kleiner is dan 1 μm, zal de belichtingsdiepte te klein zijn voor de fabricage, omdat het luchttussenruimte tussen het masker en de fotoweerstand veroorzaakt door de oneffenheid van de dikke fotoweerstand de belichting zal laten mislukken. Figuur 3b, c toont de maskerpatronen voor het fabriceren van opgehangen structuren en de bijbehorende lichtintensiteitsverdeling bij z = 5, 10, 15 en 20 μm, waar de lijndikte is ingesteld op 2 μm. De belichtingsdiepte van de lijn- en netpatronen ligt tussen 15 en 20 μm, terwijl die van de grote vierkanten en cirkels groot genoeg is om pilaren te vormen tijdens de lithografie. Zo kunnen opgehangen balken en netten gefabriceerd worden, ondersteund door de pilaren. Aangezien het moeilijk is om opgehangen structuren te fabriceren wanneer de lijndikte groter is dan 5 μm, worden lijnpatronen naast elkaar gestapeld om brede opgehangen balken of netten te fabriceren, zoals getoond in Fig. 3d.

De maskerpatronen en simulatieresultaten in de fotoweerstand. a De lichtintensiteitsverdelingen onder het fotomasker bij d = 1 μm, 1,5 μm, 2 μm, 2,5 μm, 3 μm, 3,5 μm en 4 μm, waar d de breedte van het lijnpatroon is. Het maskerpatroon voor b opgehangen balken, c netten, en d netten met gestapelde lijnpatronen en de bijbehorende lichtintensiteitsverdelingen bij z = 5 μm, 10 μm, 15 μm en 20 μm in de fotoweerstand. Hier is z de afstand tussen het doorsnedevlak en het fotomasker

Opgehangen Fotoweerstandstructuren

Experimenten werden uitgevoerd om opgehangen structuren te fabriceren. We testten de minimum belichtingstijd om fotoweerstandspilaren te verkrijgen en definieerden dit als de belichtingsdrempel. Vervolgens werd vier of drie keer de drempelwaarde aangenomen als de belichtingsdosis en de drempel van de relatieve lichtintensiteit werd geëvalueerd op 0,75, in overeenstemming met de simulatie. Figuur 4 toont de opgehangen fotoweerstandsbalken onder verschillende d-waarden. Het blijkt dat de dikte van de opgehangen laag h positief gerelateerd is aan d. Voor NR26-25000P fotoweerstand is h 10,9 μm bij d = 2 μm (Fig. 4a) en neemt toe tot 25,5 μm bij d = 4 μm (Fig. 4e). Als d 5 μm bereikt, is de belichtingsdiepte groot genoeg om het substraat te bereiken, en worden geen opgehangen structuren verkregen (Fig. 4f). Figuur 4g–k toont de opgehangen structuren van SU-8. De functie van h vs. d voor zowel experimenten als simulaties is geïllustreerd in Fig. 4l, waar de rechte lijnen zijn aangepast door de kleinste-kwadratenmethode. De lineaire correlatiecoëfficiënt R van de aangepaste lijnen zijn R² = 0,963, 0,988 en 0,858 voor simulaties zonder absorptie, NR26-25000P en SU-8, respectievelijk. Het is te zien dat de resultaten van de SU-8 experimenten zeer dicht bij de simulatieresultaten liggen. In tegenstelling is de opgehangen laag van NR26-25000P veel dunner dan die van de simulatie zonder absorptie. Dit kan voornamelijk worden toegeschreven aan de transparante eigenschap van SU-8 en het hoge absorptievermogen van NR26-25000P. Dit is ook de reden waarom grijsexpositie gebruikt kan worden om opgehangen structuren te fabriceren voor sommige fotoweerstanden, maar niet geschikt is voor SU-8.

De opgehangen fotoweerstandsbalken verkregen uit een-stap diffractielithografie met verschillende lijndikte d gebruikmakend van het maskerpatroon in Fig. 3b. NR26-25000P fotoweerstandsbalken onder a d = 2 μm, b 2,5 μm, c 3 μm, d 3,5 μm, e 4 μm, en f 5 μm; SU-8 2100 fotoweerstandsbalken onder g d = 2 μm, h 2,5 μm, i 3 μm, j 3,5 μm, en k 4 μm; l de functies van belichtingsdikte vs. lijndikte in simulatie zonder absorptie, NR26-25000P, en SU-8 2100 en simulaties met absorptiecoëfficiënt α = 0,0374 μm⁻¹, waar de inset de schuine view van SU-8 opgehangen balken toont. De dikte van de balken neemt toe met de lijndikte van het maskerpatroon. De schaalbalken zijn 50 μm

Vervolgens introduceren we de absorptiecoëfficiënt α in het optisch model en voeren we de berekeningen uit met formule (8). De resultaten onder α = 0,0374 μm⁻¹ (de absorptiecoëfficiënt van NR21-25000P bij 365 nm, getest door een UV-zichtbare spectrophotometer, UV 2600, Shimadzu Co., Ltd.) worden getoond in Fig. 4l, waar de aangepaste lijn met R² = 0,986 goed overeenkomt met de experimentele resultaten van NR26-25000P. Dus, onze methode is beschikbaar voor bijna alle soorten dikke negatieve fotoweerstand om opgehangen structuren met een-stap belichting te fabriceren, waarin de belichtingsdiepte kan worden geleid door simulaties.

Figuur 5a–c toont de variërende kruisverbindingpatronen en de bijbehorende simulatieresultaten bij z = 15 μm. Drie lijnen worden naast elkaar gestapeld om een brede opgehangen balk te fabriceren, waar de lijndikte en intervalbreedte beide 2 μm zijn. Het kruisverbindingpatroon met een 20-μm cirkel wordt gebruikt om een pilaar te fabriceren om de opgehangen balken te ondersteunen (Fig. 5a). Holle kruisverbindingpatronen zijn ontworpen om opgehangen netten te fabriceren, zoals getoond in Fig. 5b, c. De verkregen NR26-25000P fotoweerstandsverbindingen worden getoond in Fig. 5d–f, waar de oppervlakte-texturen op de kruisverbindingen samen met de balken duidelijk waarneembaar zijn, in goede overeenstemming met de simulaties (Fig. 5a–c). Opgehangen netten met de drie typen kruisverbindingen worden getoond in Fig. 5g–i, en de ondersteunende pilaren worden ook zoals verwacht verkregen (Fig. 5g). Figuur 5h toont de dunne pilaren onder de kruisverbindingen, ten gevolge van de dichte patronen met hoge verhouding. Het kruisverbindingpatroon in Fig. 5c bezit een lagere duty cycle, waar de lichtintensiteit zwak is, wat resulteert in een volledig opgehangen net (Fig. 5f). Dus, de verhouding van de kruisverbindingpatronen kan worden verlaagd om volledig opgehangen structuren te fabriceren, terwijl de ondersteunende pilaren eenvoudig gevormd kunnen worden met een solide verbinding. Tegelijkertijd kan de breedte van de balk ook worden gecontroleerd door het aantal gestapelde lijnpatronen aan te passen.

Verschillende kruisverbindingpatronen met NR26-25000P. a–c Drie kruisverbindingpatronen op het masker en de bijbehorende simulatieresultaten bij z = 15 μm, waar de lijndikte 2 μm is met afstand van 2 μm en z de afstand is tussen het doorsnedevlak en het fotomasker. d–f De texturen op de verkregen fotoweerstand kruisverbinding en de brede balken, waar de schaalbalken 20 μm zijn. g De opgehangen netten met ondersteunende pilaren. h De opgehangen netten met dunne ondersteunende pilaren, waar de pilaren voortkomen uit de dichte kruisverbindingpatronen met hoge verhouding. i De volledig opgehangen netpatronen. De schaalbalken in g–i zijn 100 μm

Enkele complexe 3D microstructuren zijn ook gefabriceerd via een enkele belichting (Fig. 6a–c, e, f) of een twee-stap belichting (Fig. 6d) methode. Opgehangen balken met gradient dikte worden getoond in Fig. 6a, waar de breedte van de lijnpatronen varieert van 2 tot 4 μm en 4 tot 6 μm in de twee regio's. De dikte van de opgehangen laag neemt toe met de toename van de lijndikte, in lijn met de resultaten getoond in Fig. 4. Opgehangen concentrische ringen en opgehangen woordpatronen kunnen ook eenvoudig bereid worden (Fig. 6b, c). Door de twee belichtingsprocessen te combineren, zijn twee opgehangen lagen geïntegreerd met NR26-25000P, zoals getoond in Fig. 6d. Na voltooiing van de eerste belichting, wordt de tweede laag vervolgens op de eerste laag gespindoct en belicht. De gestapelde netten worden bereikt na de twee belichtingsprocessen gevolgd door een ontwikkelingsproces. Aangezien de tweede belichting schade kan veroorzaken aan de eerste laag, moeten de structuren zorgvuldig geoptimaliseerd worden om meer uitstekende meervoudige opgehangen structuren te fabriceren. SU-8 fotoweerstand opgehangen netten met woordpatronen zijn ook met succes bereikt (Fig. 6d–f), hoewel het moeilijker is dan NR26-25000P om de belichtingsparameters te controleren door de hoge transparantie.

3D opgehangen fotoweerstandstructuren. a Opgehangen balken met gradient dikte, b opgehangen concentrische ringen, c opgehangen woordstructuren, en d meervoudige opgehangen netten, waar de fotoweerstand NR26-25000P is. e Opgehangen SU-8 net. f Opgehangen SU-8 netten met woordpatronen. De schaalbalken zijn 100 μm. De opgehangen structuren in d zijn bereikt door een twee-stap belichting, en de anderen zijn gefabriceerd met een een-stap belichting

Vergeleken met eerdere werken [2, 11, 22, 23], vormen we een 3D lichtintensiteitsverdelingsmodel in de fotoweerstand door de diffractie van de kleine maskerpatronen te benutten. De 3D opgehangen structuren kunnen goed gecontroleerd en voorspeld worden door simulaties. De absorptiecoëfficiënt van de fotoweerstand wordt hier ook in rekening gebracht. Opgehangen structuren met verschillende diktes, zoals gradient balken, worden eenvoudig gevormd door de een-stap belichting. Bovendien wordt het belichtingsproces uitgevoerd met een gewoon masker in een typische contactbelichtingsmodus, en zijn geen speciale maskers of apparatuur nodig, wat uitstekende compatibiliteit met hoge fabricageresolutie toont.

Pyrolytische Koolstofstructuren

SU-8 is een typische precursor voor de fabricage van koolstofmicrostructuren, terwijl andere fotoweerstanden zoals NR26-25000P niet in staat zijn de structuren onder hoge temperatuur te handhaven. Figuur 7a–c toont de opgehangen SU-8 structuren terwijl de bijbehorende pyrolytische koolstofstructuren gepresenteerd worden in Fig. 7d–f. Grote krimp treedt op tijdens het pyrolyseproces ten gevolge van meerdere gelijktijdige reacties, waaronder dehydratatie, cyclisatie, condensatie, waterstofoverdracht en isomerisatie [8, 28]. Dus zal een aanzienlijke residuale spanning bestaan in de pyrolytische structuren, met name in asymmetrische structuren. De pyrolytische koolstofbalken zullen krimpen en de pilaren aan beide uiteinden trekken, wat scheuren aan de bodem veroorzaakt (Fig. 7d). Wat de grootschalige netten betreft, houdt de spanning een relatief evenwicht in elke richting en worden duidelijke scheuren gevonden in de pyrolytische koolstofstructuren (Fig. 7e, f). Vrijstaande koolstofnetten met de afmeting 12 mm × 20 mm zijn bereikt, zoals getoond in Fig. 7g–i. De vlakweerstand van de koolstofnetten is ongeveer 182 Ω/vk, en de lichtdoorlaatbaarheid bereikt ~67% over de hele golfengte. De zo bereide koolstofnetten met superieure geleiding en transparantie kunnen worden toegepast in perovskiet zonnecellen als elektrode [29,30,31], wat een beschikbare methode biedt voor het fabriceren van semi-transparante zonnecellen. Bovendien bezitten de zo bereide koolstofnetten uitstekende flexibiliteit, wat groot potentieel toont in toepassingen van flexibele transparante elektroden.

Opgehangen SU-8 netten en pyrolytische koolstofnetten. a Opgehangen SU-8 balken. b, c Opgehangen SU-8 netten met ondersteunende pilaren. d Opgehangen koolstofbalken, waar grote spanningen in de koolstofstructuren bleven en scheuren ontstonden aan de bodem van de pilaar. e, f Opgehangen koolstofnetten. g Vrijstaand koolstofnet na pyrolyse. h Vergroting van het vrijstaande koolstofnet. i Een 12 mm × 20 mm vrijstaand koolstofnet, dat goede flexibiliteit en transparantie vertoont. De schaalbalken zijn 100 μm

Conclusies

Samengevat, we hebben de fabricage van opgehangen structuren gedemonstreerd via een nieuwe een-stap masker-gebaseerde diffractielithografiemethode. De 3D lichtintensiteitsverdeling in de fotoweerstand werd gesimuleerd, wat aantoonde dat de belichtingsdiepte toename met de toename van de breedte van de lijnpatronen onder d < 5 μm. Dit fenomeen kon worden benut om opgehangen structuren met gedefinieerde dikte van SU-8 fotoweerstand te fabriceren, die bijna transparant was en moeilijk opgehangen structuren kon vormen met grijswaardenlithografie. De bijbehorende experimenten werden ook hier uitgevoerd. We vonden dat de dikte van de opgehangen SU-8 balken zeer dicht bij de simulatieresultaten lag, terwijl die van de NR26-25000P veel dunner was dan de belichtingsdiepte in de simulaties. Dit werd veroorzaakt door het hoge lichtabsorptievermogen van NR26-25000P. Vervolgens werd de absorptiecoëfficiënt van de fotoweerstand geïntroduceerd in het optische model, en de simulatieresultaten stemden goed overeen met de experimenten. Drie verschillende kruisverbindingpatronen werden ontworpen voor het fabriceren van opgehangen 3D netten met of zonder ondersteunende pilaren, en de oppervlaktetexturen werden goed gerepliceerd. Netten met pilaren en volledig opgehangen netten werden ook met succes bereikt. Andere complexe 3D opgehangen fotoweerstandstructuren, waaronder opgehangen balken met gradient dikte, opgehangen concentrische ringen en opgehangen woordstructuren, werden verkregen via de een-stap masker-gebaseerde diffractielithografie.

Koolstof opgehangen structuren en vrijstaande koolstofnetten werden verder gefabriceerd met een typisch twee-stap pyrolyseproces. De opgehangen 3D koolstofstructuren kunnen worden toegepast in electrochemische elektrode, supercondensator en sensoren vanwege hun grote oppervlakte. De vrijstaande netten vertoonden uitstekende geleiding, flexibiliteit en hoge transparantie. Dus hebben we een vereenvoudigde en veelbelovende methode ontwikkeld voor de fabricage van 3D opgehangen structuren en koolstofnetten, die groot potentieel tonen in de toepassingen van transparante elektrode, semi-transparante zonnecellen en energielopslagapparaten.

Afkortingen

3D:

Driedimensionaal

C-MEMS:

Koolstof micro-electro-mechanische systemen