[发明专利]嵌段共聚物

说明书

技术领域

本申请涉及嵌段共聚物及其应用。

背景技术

嵌段共聚物具有这样的分子结构：其中具有化学上彼此不同结构的聚合物亚单元通过共价键连接。嵌段共聚物能够通过相分离形成周期性排列的结构，例如球形、柱形或层状。通过嵌段共聚物的自组装而形成的结构的区域尺寸可在宽的范围内调节，并可制备多种形状的结构。因此，其可用于通过光刻的图案形成方法、多种磁记录介质或下一代纳米装置(例如金属点、量子点或纳米线)、高密度磁储存介质等。

发明内容

技术目的

本申请提供了嵌段共聚物、包含所述嵌段共聚物的聚合物层、用于形成所述聚合物层的方法和图案形成方法。

技术方案

嵌段共聚物可包含第一嵌段和不同于第一嵌段的第二嵌段。如下所述，第一嵌段或第二嵌段可包含侧链。下文中，在第一嵌段和第二嵌段中的一个嵌段包含侧链的情况下，包含侧链的嵌段可称作第一嵌段。嵌段共聚物可为仅包含上述第一嵌段和第二嵌段的二嵌段共聚物，或者可为包含除第一嵌段和第二嵌段之外的另外的嵌段的嵌段共聚物。

嵌段共聚物可为相分离的，因为其包含经由共价键彼此连接的两个或更多个聚合物链。在本申请中，由于嵌段共聚物满足如下所述的至少一个参数，相分离可以非常有效地发生，并且因此可以通过微相分离形成纳米尺寸结构。根据本申请，通过控制尺寸如分子量或嵌段之间的相对比例，可以自由调节纳米结构的尺寸或形状。通过上文，嵌段共聚物可以自由地形成多种尺寸的相分离结构如球形、柱形、螺旋形、层状和反向结构等。本发明人发现，如果嵌段共聚物满足下述参数中的至少一个参数，则如上所述的自组装特性和相分离特性得到大幅改善。经证实，可通过使嵌段共聚物满足适当参数来使嵌段共聚物示出垂直排列特性。如本文中使用的术语“垂直排列特性”可指嵌段共聚物的排列特性，并且可指由嵌段共聚物形成的纳米尺寸结构垂直于基底的方向排列的情况。控制嵌段共聚物的自组装结构相对于多种基底垂直或平行排列的技术是嵌段共聚物的实际应用的重要部分。通常，嵌段共聚物层中的纳米尺寸结构的排列方向取决于形成嵌段共聚物的嵌段中何种嵌段暴露于表面或空气。一般地，由于许多基底是极性的而空气是非极性的，因此极性大于嵌段共聚物中的其他嵌段的嵌段润湿基底，而极性小于嵌段共聚物中的其他嵌段的嵌段对于空气之间的界面进行润湿。提出了许多技术以使嵌段共聚物的具有彼此不同的特性的嵌段同时润湿基底，并且最典型的方法是通过制备中性表面来控制排列。然而，在一个实施方案中，通过控制以下参数，嵌段共聚物可相对于基底垂直排列，对于所述基底未进行包括中性表面处理在内的用于实现垂直排列的常规已知的处理。例如，根据本申请的一个实施方案的嵌段共聚物可以示出在未进行任何预处理的疏水性表面和亲水性表面二者上的垂直排列特性。此外，在另外的实施方案中，通过热退火可实现在短时间内对于大的面积的垂直排列。

在嵌段共聚物中，第一嵌段和第二嵌段之一的体积分数可为0.4至0.8，而另一个嵌段的体积分数可为0.2至0.6。在嵌段共聚物包含侧链的情况下，具有侧链的嵌段的体积分数可为0.4至0.8。例如，如果第一嵌段包含侧链，则第一嵌段的体积分数可为0.4至0.8，而第二嵌段的体积分数可为0.2至0.6。此外，如下所述，如果第一嵌段包含不具有卤原子的芳族结构而第二嵌段包含具有卤原子的芳族结构，则第一嵌段的体积分数可为0.4至0.8并且第二嵌段的体积分数可为0.2至0.6。第一嵌段和第二嵌段的体积分数的总和可为1。以上述体积分数包含各嵌段的嵌段共聚物可示出优异的自组装特性和相分离特性，并且可以证实垂直对准特性。嵌段共聚物的各嵌段的体积分数可通过各嵌段的密度和由凝胶渗透色谱(GPC)获得的分子量而获得。

所述参数可通过例如控制嵌段共聚物来实现。例如，取决于密度的体积分数可以通过控制各嵌段的分子量来控制。

在一个实施方案中，满足以上参数的嵌段共聚物可在第一嵌段或第二嵌段中包含具有成链原子的侧链。下文中，为了便于说明，包含侧链的嵌段可称作第一嵌段。