Surface nanopatterning by self-assembly techniques: Nanosphere- and block copolymer lithography

Das Design von innovativen neuen Materialien ist von großem Interesse in verschiedensten Forschungsgebieten, wie z.B. Bionanotechnologie, Halbleiterindustrie und Materialwissenschaften im Allgemeinen. In dieser Arbeit werden Selbstorganisationsprozesse zur Erzeugung von geordneten mikro- und nanoskopischen Strukturen auf Oberflächen untersucht. Die ortsselektiven Materialkontraste und Topographien, die die Nanostrukturen mit sich bringen, können zur Anordnung von Nanoobjekten in 1D und 2D verwendet werden.Nanokugellithographie, basierend auf konvektiver Selbstanordnung von kolloidalen Polymerkugeln, wird für die großflächige Herstellung geordneter Strukturen im sub-Mikrometer Größenbereich verwendet. Es wird gezeigt, wie Lochmasken mit einstellbarem Materialkontrast hergestellt werden können und wie durch gesteuerte Selbstanordnung von Nanokugeln 1D Anordnungen für die Herstellung von Nanogap-Elektroden entstehen.Blockcopolymerlithographie, ermöglicht die selbstorganisierte Nanostrukturierung im sub-20 nm Größenregime. Explizit wird die Herstellung von Nanoporen durch Phasenseparation von Blockcopolymeren auf unterschiedlichen Oberflächen untersucht. Die hergestellten Nanoporen werden als topographische Fallen für die Anordnung von Gold-Nanopartikeln genutzt.Abschließend wird die Kombination dieser beiden Selbstorganisationverfahren demonstriert, welche ein neuartiger Ansatz zur Herstellung hierarchisch modifizierter Oberflächen auf verschiedenen Größenskalen darstellt.The design of new innovative materials with tailored functionalities attracts huge interest in many fields of research such as bio-engineering, semiconductor nanotechnology and material science in general. In this work, self-assembly processes for the modification of material surfaces with regular patterns are introduced. A novel approach for the hierarchical surface modification bridging different size scales is explored. The nanopatterns allow e.g. for a subsequent 1D or 2D arrangement of nanoobjects.Nanosphere lithography (NSL) based on convective self-assembly of colloidal polymer spheres is used for surface patterning with few hundred nanometer feature sizes. This technique is applied for the creation of 2D antidot-patterned thin films, as well as for the creation of 1D chain-like arrangements. Linear sphere chains are used as shadow masks in NSL for the formation of nanogap electrodes.Regular patterns with self-assembled sub-20 nanometer features are obtained by block copolymer (BCP) lithography. The formation of nanopores by microphase separation of BCPs on plane surfaces with different chemical properties is discussed. The nanopores are used as topographic traps for the directed assembly of colloidal gold nanoparticles into large 2D arrays. Combining the benefits of both patterning techniques, nanopore formation by BCP lithography is combined for the first time with antidot formation by NSL, resulting in hierarchical nanopore architectures.von Katharina Brassat ; Prof. Jörg Lindner, Prof. Heinz-S. Kitzerow, Prof. Wolfgang BremserTag der Verteidigung: 29.03.2018Universität Paderborn, Dissertation, 201