链柔性对薄膜中二嵌段共聚物自组装的影响

我们研究了当对称二嵌段共聚物(BCPs)被限制为两表面间的薄膜时,链柔性对其自组装行为的影响。采用蠕虫状链(WLC)自洽场理论,我们研究了 BCP 层状相的平行(L$_{\parallel}$)与垂直(L$_{\perp}$)取向的相对稳定性,链柔性范围涵盖柔性高斯链、半柔性链与刚性链。对于平坦且中性的边界表面(对两种 BCP 组分无表面偏好),L$_{\perp}$ 层状相的稳定性随链刚性增强而提高。当顶表面平坦、底衬底为波纹状时,增大表面粗糙度可增强柔性高斯链的 L$_{\perp}$ 层状相稳定性。然而,对刚性链观察到相反行为,其 L$_{\perp}$ 稳定性随衬底粗糙度增大而降低。我们进一步表明,随衬底粗糙度增大,对应于 L$_{\perp}$ 到 L$_{\parallel}$ 转变的衬底偏好临界值 $u^{*}$,对刚性链减小,而对柔性高斯链增大。我们的结果凸显了在薄膜装置中调控层状相取向的物理机制,这对于新兴纳米光刻及其他工业应用中需求旺盛的短(半柔性或刚性)链尤为重要。