Экспериментальная часть. 
Создание полимерных кантилеверов для химических и биологических сенсоров на их основе

Метод создания тонких полимерных плёнок

Несмотря на то, что производство кремниевых кантилеверов сейчас хорошо развито, они остаются высокотехнологичным и поэтому довольно дорогим продуктом. При этом в качестве сенсоров они обычно используются только один раз. Поэтому важной представляется разработка метода создания кантилеверов из тонких полимерных плёнок. В связи с широким распространением полимеров стоимость таких кантилеверов будет значительно ниже, а физические свойства полимерных плёнок позволяют им быть более чувствительными сенсорами, чем кремниевые. Для этого сначала необходимо было научится производить плёнки толщиной несколько микрометров. Существуют несколько способов получения таких плёнок. Основными способами можно назвать центрифугирование и отливание. Суть первого метода состоит в следующем. На вращающуюся подложку сверху капается раствор полимера. Под действием центробежной силы раствор ровным слоем распределяется по поверхности. После испарения растворителя, которое происходит очень быстро, благодаря вращению, на подложке остаётся тонкая плёнка. В другом методе раствор полимера капается на воду или, например, на полиэтилен. Капля растекается, превращаясь в тонкий слой. После испарения растворителя на поверхности воды, полиэтилена или другой подложки остаётся тонкая плёнка. Вода и полиэтилен используются чаще всего, так как от них легко можно отделить полученную плёнку. В данной работе использовался второй метод.

В качестве материала для производства плёнок использовался полистирол. Он обладает подходящими механическими свойствами. Модуль Юнга полистирола ~3500 МПа, что в несколько десятков раз меньше, чем у кремния, плотность ~1,05 г/см3. Небольшим препятствием является то, что светопроницаемость полистирола около 90%, поэтому для улучшения отражения на его поверхность необходимо напылять дополнительный отражающий слой, например, золотой. Такое напыление часто используется для улучшения отражающих свойств и обычных кремниевых кантилеверов. В качестве растворителя был выбран толуол. В качестве подложки использовалась натянутая полиэтиленовая плёнка. Вследствие того, что полистирол не является поверхностно-активным веществом, на поверхности воды он сморщивается. При помощи микролитровой пипетки капля 1%-ного раствора полистирола в толуоле объёмом порядка 2−2.5 мкл наносилась на полиэтиленовую плёнку. После испарения растворителя на полиэтилене оставалась плёнка, которая затем легко отделялась. Она имела форму круга диаметром от 2 до 5 мм. Из-за действия сил поверхностного натяжения толщина плёнки оказывалась слегка неравномерной: на краях имелись утолщения. Однако средняя часть оказывалась довольно ровной. Именно из неё и делались кантилеверы. Толщина плёнки в средней части составляла около 2−3 мкм. Для изучения гладкости поверхности на нанометровом уровне и как следствие отражательных свойств было произведено исследование обоих сторон плёнки: стороны соприкасающейся при создании с полиэтиленом и стороны обращённой к воздуху. Для этого получены изображения сторон с помощью атомно-силового микроскопа. Полученные изображения приведены на рисунке 3.1.

к полиэтилену — 1; к воздуху — 2.

Как видно из рисунка, сторона, обращенная к воздуху, имеет круглые углубления глубиной до 35 нм — видимо места выхода растворителя и трещины глубиной 100−130 нм. Обратная сторона имеет неровности поверхности порядка 100−200 нм. Таким образом, приходим к выводу, что, несмотря на относительно глубокие трещины, в качестве отражающей поверхности целесообразно использовать сторону плёнки, обращённую при отливке к воздуху и напылять золото на неё.

Также, в качестве уже готовых плёнок для создания кантилеверов, использовались магнитная лента и плёнка от канцелярских файлов. Толщина магнитной плёнки около 30 мкм, плёнки от файла — ~5 мкм.