微電子領域目前最為重要的技術難題之一就是大規模制備更細更窄的納米圖案，這對芯片尺寸的微小化及其集成度有著十分重要的意義。而制備分辨率更高的納米圖案一直以來都是納米技術領域的一大挑戰，現有的工具都難以達到如此高的精度。嵌段共聚物定向自組裝（directed self-assembly，DSA）是實現高分辨率納米圖案的有效手段之一。例如，聚苯乙烯-b-聚甲基丙烯酸甲酯（PS-b-PMMA）可被用于制備納米尺度的周期性線條圖案。盡管理論上嵌段共聚物經過適當的調節能夠制備更細的圖案，然而目前為止，制備間隔在10 nm以下的納米陣列仍然較難（PS-b-PMMA自組裝圖案的極限尺寸在11 nm）。
最近，美國芝加哥大學的Paul F. Nealey和麻省理工學院的Karen K. Gleason等人成功實現了9.3 nm的嵌段共聚物定向自組裝圖案，創造了新的記錄。相關論文發表在近期的Nature Nanotechnology 上。
方法流程示意圖。圖片來源：Nature Nanotech.
這篇論文的核心思路在于解決了兩個關鍵問題：（1）如何設計能形成10 nm以下自組裝圖案的嵌段共聚物；（2）如何保證共聚物在表面能夠定向自組裝，形成豎直排列的圖案。
一方面，嵌段共聚物發生相分離的關鍵熱力學因素包括兩個：分子量與相互作用參數χ，較大的分子量或相互作用參數均可降低嵌段共聚物的相容性，而為了得到尺寸更小的圖案，需要提高熱力學參數，以實現在較低分子量下的自組裝過程，并形成更小的圖案。研究者合成了P2VP-b-PS-b-P2VP三嵌段共聚物（BCP），其中P2VP是聚2-乙烯基吡啶。另一方面，界面能在自組裝過程中起到了重要作用，由于該嵌段共聚物的相互作用參數較高，其在基底表面和在空氣表面處的自組裝行為有所差異，很難制備垂直排列的納米線陣列。為了解決這個問題，研究者們在旋涂的嵌段共聚物薄膜表面，通過引發式化學氣相沉積法（iCVD）沉積一層10 nm左右的聚合物層，使得上下表面均能誘導垂直于基底方向的納米線圖案形成。
通過熱退火引發自組裝后，再進行序列滲透合成法選擇性的在P2VP相中沉積氧化鋁，經過刻蝕后氧化鋁沉積的圖案得到保留，最終得到10 nm以下的圖案。這項表面化學沉積涂層技術可以適用于高相互作用參數與低相互作用參數的嵌段共聚物體系。
當然，上述技術依然存在一些局限性，比如，嵌段共聚物自組裝形成的缺陷還較多，解決這個問題在未來的研究中將是繼續努力的方向。
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