文章亮点

      嵌段共聚物导向自组装作为一种“自下而上”的低成本、高通量半导体加工技术，受到学术界和工业界的广泛关注。然而，在导向自组装中，图案缺陷率、界面粗糙度等与分子参数之间的关系研究尚不清晰。本文通过构建单一分子量嵌段共聚物，排除分子量及其分布等分子参数多分散性的干扰，定量揭示了缺陷结构对嵌段共聚物链长的依赖关系，为嵌段共聚物导向自组装材料的开发提供了重要的研究思路。

文章重要内容

      苏州大学张正彪教授团队和华南理工大学董学会教授团队采用迭代指数增长策略结合巯基-双键点击反应构建了链长和结构精确的单一分子量含氟聚酯嵌段共聚物，详细考察了嵌段共聚物的本体及膜薄自装行为，并以此为模型重点探究了嵌段共聚物链长对缺陷结构形成的影响。

文章背景

      嵌段共聚物导向自组装不受传统光学衍射极限的限制，而且具有高分辨率、低成本和高通量等优势，受到学术界和工业界的广泛关注。近年来，为了实现更高图形分辨率（< 5 nm），高χ低N嵌段共聚物成为研究热点。然而，在导向自组装中，由于传统嵌段共聚物分子参数的多分散性（例如，组成、结构、分子量及其分布等），图案缺陷率、界面粗糙度等关键技术参数与分子结构之间的关系研究尚不清晰。因此，通过构建精准的分子模型，并探究分子参数对图形缺陷和界面粗糙的影响，对推动嵌段共聚物到导向自组装技术在先进制程芯片加工中的应用具有重要的理论和现实意义。

文章概述

      近日，苏州大学张正彪教授团队和华南理工大学董学会教授团队开发了一类单一分子量含氟聚酯嵌段共聚物。首先，通过迭代指数增长策略合成了具有精确链长的单一分子量聚乳酸嵌段；然后，利用高效的酯化偶联反应，将聚酯嵌段与乙烯基倍半硅氧烷偶联，制备了聚酯嵌段共聚物前体；最后，采用巯基-双键点击反应，将含氟链段点击至嵌段共聚物前体上，制备了链长和结构精确的单一分子量含氟聚酯嵌段共聚物。其精确的结构为研究分子结构参数变化对其自组装纳米结构的形貌和缺陷影响提供精确的定量研究平台。

图1 单一分子量含氟嵌段共聚物的合成及MALDI-TOF MS表征

      作者进一步对比研究了不同链长嵌段共聚物的自组装行为。小角X射线散射结果表明，在本体自组装中，经过简单热处理后嵌段共聚物均呈现特征尺寸小于10 nm的六方柱状相。原位变温小角X射线散射结果说明，嵌段共聚物具有良好的相稳定性（图2）。薄膜自组装研究表明，含氟嵌段共聚物在经过简单的真空热退火处理后，能够形成由平行于基底排布的高分辨纳米图案（图3）。此外，对比不同链长嵌段共聚物的薄膜自组装行为，作者发现随着链长的增大，图案缺陷率明显降低（图3）。作者认为，随着链长增长，嵌段共聚物相分离驱动力增大，相结构稳定性增加，缺陷结构的形成变得更加困难。综上所述，通过精准的分子参数调控，揭示了薄膜自组装中缺陷结构对嵌段共聚物链长的依赖性。

图2 单一分子量含氟嵌段共聚物的本体自组装: (a) oLA₁₆-FPOSS; (b) oLA₂₄-FPOSS; (c)oLA₃₂-FPOSS

图3 单一分子量含氟嵌段共聚物的薄膜自组装: (a) oLA₁₆-FPOSS; (b) oLA₂₄-FPOSS; (c)oLA₃₂-FPOSS

      上述工作以论文形式即将在《高分子学报》2024年第2期印刷出版。苏州大学材料与化学化工学部研究生吴海兵为第一作者，本科生蒋胜喜为共同第一作者；谭睿博士、董学会教授和张正彪教授为共同通讯作者。

引用本文：

吴海兵, 蒋胜喜, 谭睿, 刘雨欣, 董学会, 张正彪.

单一分子量含氟嵌段共聚物的本体及薄膜自组装研究.

高分子学报, 2024,55(2),142-152 Wu, H. B.; Jiang, S. X.; Tan, R.; Liu, Y. X.; Dong, X. H.; Zhang, Z. B..Investigation of bluk and thin-film self-assembly using discrete fluorine-containing block copolymers.Acta Polymerica Sinica,2024,55(2),142-152

doi: 10.11777/j.issn1000-3304.2023.23200

原文链接：http://www.gfzxb.org/thesisDetails#10.11777/j.issn1000-3304.2023.23200&lang=zh