High flexibility in the remote-control of movements of small objects including single molecule, neutral nano-scaled particles, and polymeric chains can open up further advance in many material sciences and biochemical or biophysical applications. In this thesis, I seek to exploit interesting and fascinating characteristics of ‘photoinduced molecular motions’, in particular directional photofluidization of photochromic polymer (azobenzene polymer abbreviated as azopolymer), for bringing solution to the fabrication of micro/nanostructures that could revolutionize nanophotonics (i.e., diffractive optical elements and plasmonics).
A main challenge in the development of micro/nanolithography is to overcome the resolution limit of established method and to increase the flexibility in the control of features’s shapes and geometries. Although many of promising techniques have been proposed over the last decades, we still face a limited control of structural features and resolution. In a clever method using photo-reconfigurable polymer (azopolymer) arrays instead of a conventional photocrosslinked resist or thermoplastic polymer array, it makes it easy to manipulate the structural features of polymeric micro/nanoarchitecture in an unprecedented way by varying the light irradiation time and the electric vector of the light. In particulary, I demonstrated the unmatched ability of directionoal photofluidization lithography (DPL) to the control of structural complexity (i.e., randomness) of periodic nanotexture (Chapter 2-4) and feature sizes (sub-30-nm) which are nearly impossible to be accomplished by any established micro/nanofabrications (Chapter 5). Furthermore, I showed that this azopolymer arrays can be used as a robust template for pattern transfer. As proof-of-concept for pattern transfer using azopolymer template, I successfully created various metallic nanostructures including nanowire, nanoellipsoid, and funnel-shaped nanotip arrays by pattern transfer of photo-reconfigured polymer arrays (Chapter 6-7). It is also noteworthy that this DPL ensures a scalable and parallel way that is highly compatible to device fabrication process. All of these materials associated with DPL could provide a promising way for the fabrication of various micro/nanostructural motifs with finely tuned structural features in a scalable and deterministic way, once again beating the current limitations of established micro/nanofabrication techniques and nanophotonics.
단분자, 나노크기의 중성입자, 고분자 체인과 같이 작은 물체의 움직임을 원격으로 조정하는 것은 많은 재료, 생화학, 바이오물리 분야에 새로운 진보를 가져올 수 있다. 본 학위 논문에서 저자는 아조고분자라는 특정 광변색성 고분자의 방향성 광유체화라는 분자의 광이동 현상을 이용하여 나노광학분야에 유용하게 쓰일 수 있는 미세구조 제작에 대해서 탐색했다.
미세구조체 제작 방법에 있어서 중요한 해결과제는 기존 방법의 패터닝 스케일 한계를 극복하고 구조의 모양, 기하학적 특징을 조정에 대한 유동성을 높이는 것이다. 비록 많은 방법들이 지난 십년간 제안이 되었지만 여전히 구조적 특징 및 크기를 줄이는데 한계가 있다. 전통적인 가교된 레지스트 혹은 열가소성 고분저 대신 광변조성 고분자 어레이를 이용하면 빛의 조사 시간 및 편광을 조정하므로써 이러한 구조적 특징을 기존보다 훨씬 뛰어난 방법으로 조정이 가능하다. 실제로 본 저자는 방향성 광유체화 리소그래피의 뛰어난 주기적 나노 표면의 구조적 복합성을 조정하고 (2-4장), 30 나노 이하의 크기를 갖는, 다른 방법으로는 어려운 구조체를 제작 능력을 보여주었다 (5장). 더불어 저자는 아조고분자 어레이를 패턴전사를 위한 거푸집으로도 이용할 수 있음을 보여주었다. 저자는 나노선, 나노타원체, 깔때기 모양의 나노팁 어레이를 구조를 광변조된 고분자 어레이의 패턴 전사를 통해서 제작할 수 있음을 보여주었다 (6-7장). 특히 방향성 광유체화 리소그래피가 대면적, 수평적 프로세스에 의해서 이루어지기 때문에 실제 디바이스 제작 프로세스에 적합하다. 방향성 광유체화 리소그래피와 연관된 모든 일들은 대면적에 그리고 결정적인 방법으로 구조가 정교하게 제어된 다양한 미세구조체 제작 방법을 제공해줄 수 있으면 그 결과 기존의 나노광학 및 미세구조체 제작 기술의 한계를 뛰어넘었다고 할 수 있다.
