Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Engineering
Click here for the English version

Engineering

Изготовление Nanopillar-Based Split Ring резонаторы для тока смещения опосредованной резонансы в Терагерцовое метаматериалов

Published: March 23, 2017 doi: 10.3791/55289
Automatic Translation
1, 1, 1, 1
1Department of Electrical and Computer Engineering, University of Minnesota

Summary

Протокол для проектирования и изготовления нового nanopillar на основе раскола кольцевого резонатора (СРР) представлена.

Abstract

Терагерцового (ТГц) раскол кольцевого резонатора (СРР) метаматериалы (ММС) был изучен для газовой, химической и биомолекулярных приложений зондирования, потому что СРР не зависит от экологических характеристик, таких как температура и давление окружающей резонатор. Электромагнитное излучение в частотах ТГц является биосовместимым, что является критическим условием, особенно для применения биомолекул зондирования. Тем не менее, коэффициент качества (Q-фактор) и частотные характеристики традиционных тонкопленочных основе раскола кольцевого резонатора (SRR) MMs являются очень низкими, что ограничивает их чувствительность и селективность в качестве датчиков. В этой работе, новые nanopillar на основе SRR MMs, используя ток смещения, предназначены для повышения добротности до 450, что составляет около 45 раз выше, чем у традиционных MMs тонкопленочных основе. В дополнение к улучшенной добротности, то nanopillar на основе MMs вызывают большие сдвиги частоты (в 17 раз по сравнению со сдвигом, полученной традицииАль тонкопленочный MMs основе). Из-за значительно улучшенных добротностью и сдвигов частот, а также свойство биосовместимого излучения, ТГц nanopillar на основе СРР являются идеальными MMs для развития биомолекулярных датчиков с высокой чувствительностью и селективностью, не вызывая повреждения или искажения в биоматериалов. Новый процесс изготовления было продемонстрировано, чтобы построить nanopillar на основе SRRs для тока смещения, опосредованных ТГц MMs. Двухступенчатый золота (Au) процесс гальванических и процесс осаждения атомных слоев (ALD) используются для создания суб-10 нм масштабные промежутки между Au nanopillars. Так как процесс ALD представляет собой процесс нанесения покрытия конформный, однородный оксид алюминия (Al 2 O 3) слой с нанометрового толщины может быть достигнуто. Путем последовательного гальваники другой тонкой пленки Au , чтобы заполнить пространство между Al 2 O 3 и Au, плотноупакованном Au-Al 2 O 3 -Au структуры с наноразмеров Al 2 O 3 зазоры могут бытьсфабрикованы. Размер нано- пробелов может быть четко определена путем точного контроля циклов осаждения процесса ALD, который имеет точность 0,1 нм.

Introduction

Терагерцового (ТГц) метаматериалы (ММС), были разработаны для биомедицинского датчиков и частоты перестройкой устройств 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11. Для того, чтобы улучшить чувствительность и избирательность по частоте ТГц ММ датчиков, A nanopillar на основе раскола кольцевого резонатора (СРР) был разработан с использованием тока смещения, генерируемого внутри золота (Au) nanopillar массивы для возбуждения ТГц резонансы с факторами сверхвысокого качества ( Q-факторы) (~ 450) (рисунок 1) 12. Даже если nanopillar на основе SRR, показывают высокие Q-факторы и перспективные зондирования способности, изготовление такого nanostructurэс с высоким соотношением сторон (более 40) и наноразмерных пробелов (суб-10 нм) по большой площади остается сложной 13.

Наиболее часто используемый метод для изготовления нано-структур является электронно-лучевой литографии (EBL) 14, 15, 16, 17. Тем не менее, разрешение ЭЛКРС по - прежнему ограничен из - за размера пятна светового луча, рассеяние электронов, свойства резист и процесс развития 18, 19. Кроме того, это не практично для изготовления наноструктур с помощью EBL на большой площади , из - за медленного времени процесса и большой процесс стоит 20. Другая стратегия для достижения наноструктурах использовать метод самосборки 21, 22. По самособирающихся металлических нанокубиков (NCS) в растворе и UtilИзинга электростатическое взаимодействие и объединение полимерных лигандов между НЦ, хорошо организованная одномерный массив с ЧПУ наноразмерных пробелов может быть достигнуто 23. Размер нано- разрыв зависит от полимерных лигандов между НЦ и может контролироваться с применением различных полимерных материалов с различными молекулярными массами 24, 25, 26. Самоорганизация является мощным средством для достижения масштабируемых и экономически эффективных наноструктуры 23. Тем не менее, процесс изготовления является более сложным по сравнению с традиционными микро- и нано изготовления процессов, а также контроль размеров нано-щелевых недостаточно точен для электронных устройствах. Для того, чтобы успешно изготовить nanopillar основе SRRs, новый метод изготовления должны быть изобретены для достижения следующих целей: я) процесс изготовления легко наносится и совместим с Конвенциеймикро- и нано изготовление процессов и другие; б) изготовление на большой площади применимо; III) размеры нано- зазор может быть легко и точно контролировать с разрешением 0,1 нм и может быть уменьшено до 10 нм или менее.

Новый метод изготовление демонстрируется с использованием комбинации процесса гальванического и слой осаждения (ALD) процесс атомное для изготовления nanopillar на основе SRRs. Так как гальванического покрытия представляет собой самозаполнение процесс с низкой стоимостью, легко изготовить структуры на большой площади. ALD представляет собой процесс химического осаждения из паровой фазы (CVD), который можно точно контролировать с помощью цикла реакции во время процесса. Разрешение ALD тонкой пленки может составлять от 0,1 нм, а тонкая пленка равномерно покрыта тонким высоким качеством, пригодным для создания наноразмерных пробелов 27, 28. Nanopillar на основе СРР массив с 10 нм или менее пробелах могут быть успешно изготовлены на площади 6 × 6 мм. Оба Simulated и измеренные спектры пропускания ТГц показывают резонансные поведения с сверхвысокой Q-факторы и большие сдвиги частот, что и доказывает осуществимость nanopillar на основе SRRs, опосредованных тока смещения. Подробный процесс изготовления описан ниже в разделе протокола, а также видео-протокол может помочь практикам понять процесс изготовления и избежать распространенных ошибок, связанных с изготовлением nanopillar на основе SRRs.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Внимание: Некоторые из химических веществ, используемых в этих синтезов являются токсичными, легко воспламеняется, и может вызвать раздражение и серьезные повреждения органов при прикосновении или вдыхании. Пожалуйста, носите соответствующие средства индивидуальной защиты (СИЗ) при обращении.

1. Получение первого слоя золота (Au) Nanopillar матрицах (рис 2а-с и рис 2E-г)

  1. Получение меди (Cu) Seed слоев для Au гальваники (рис 2а, б и рис 2е, е)
    1. Использование 4 " с высоким удельным сопротивлением кремния (Si) облатку. (Удельное сопротивление: 560 - 840 Ω · см) в качестве субстрата кремниевым пластина N-типа , легированный и полированный с одной стороны (рис 2а, е).
    2. Вырезать Si пластины на 2 см × 2,5 см кусочки для последующего использования.
    3. Депозит слой 5 нм хрома (Cr) на образце Si с использованием электронного пучка (E-луч) процесс испарения в качестве адгезионного слоя между Si и Cu.
    4. Депозит 10 нм Cu слой поверх существующего слоя Cr с использованиемE-лучевое процесс испарения в качестве посевного слоя для Au гальваники (рис 2b, е).
  2. Гальванические массив nanopillar Au (рис 2в, г)
    1. Паттернирования массив nanopillar
      1. Спин пальто фоторезиста на образец, полученный в разделе 1.1, при 2000 оборотах в минуту в течение 60 сек.
      2. Выпекать образец на горячей плите при температуре 115 ° С в течение 60 с.
      3. Выставляют фоторезиста под действием ультрафиолетового (УФ) -ЛЕГКИЙ (мощность ~ 15 мВт / см 2) с фотошаблона Cr , который содержит тысячи моделей nanopillar в течение 22 сек.
      4. Разработка с разработчиком в течение 90 с при перемешивании.
      5. Промыть образец деионизированной (DI) водой и сушите образца с воздушным пистолетом.
    2. Гальванические массив nanopillar Au
      1. Снимите верхнюю часть фоторезиста на образце с ацетоном, чтобы обнажить слой семян Cu для подключения электрода.
      2. Подключите СэмуPLE (Сu семенем слой) к отрицательному полюсу источника счетчика с помощью зажима и провод. В этом случае образец является анодом в процессе гальванизации.
      3. Подключение кусок платины (Pt), с покрытием Si (такого же размера, как образца) к положительному полюсу источника измерительного прибора. Pt является катодом в процессе гальванизации.
      4. Погрузитесь как катод Pt и Cu анода в растворе гальванического Au. Хранить два электрода, обращенные друг к другу с расстоянием ~ 1 см.
      5. Включите метр источника, чтобы обеспечить постоянное напряжение 1,12 В. гальванизирует Au на образце в течение 8 мин (скорость осаждения: ~ 100 нм / мин).
      6. Промыть образец деионизированной водой, а затем ацетоном для удаления фоторезиста.
      7. Промыть образец дистиллированной водой снова и укладкой с воздушным пистолетом.
      8. Проверьте гальваническим Au массив nanopillar под микроскопом.
      9. Измерить толщину nanopillars Au с профилометр (толщинаAu nanopillars составляет ~ 800 нм).
        Примечание: Постоянный ток установка также может быть использован для гальванизировать Au nanopillars. В обоих постоянном напряжении и постоянном токе установки окна, идеальный ток и напряжение, используемое для Au гальваники может быть достигнуто путем проб и ошибок.

2. Создание нано-зазорах между Au Nanopillars (рис 2d, ч)

  1. Удаление Cr и Cu слоев
    1. Погрузите образец в Cu травителя, пока цвет Cu не исчезнет.
    2. Промыть образец с дистиллированной водой и укладкой с воздушным пистолетом.
    3. Проверьте nanopillars Au под микроскопом.
    4. Погрузите образец в Cr маски травителя в течение 10 с.
    5. Промыть образец с дистиллированной водой и укладкой с воздушным пистолетом.
    6. Проверьте nanopillars Au под микроскопом.
  2. Изготовление наномасштабного оксида алюминия (Al 2 O 3) пробелы
    1. Нагреть системы ALD ЧамBER до 200 ° C.
    2. Поместите образец в центре камеры.
    3. Откачка камеры до вакуума и установить число циклов до 100 (скорость осаждения: ~ 1 Å / цикл).
    4. Последовательная и в качестве альтернативы импульсный триметилалюминий (ТМА) газ с периодом времени 0,015 сек и воды (H 2 O) пара с периодом времени 0,015 сек в камеру для равномерного осаждения Al 2 O 3 слоя на образце. Временной интервал между каждым импульсом составляет 5 сек. Давление в камере во время TMA импульса составляет 10 мм рт.ст. , а давление во время H 2 O импульса пара составляет 2 Торр.
    5. Чистки и вакуумировать камеру между каждым циклом осаждения. Депозит Al 2 O 3 в течение 100 циклов и вынуть образец из камеры.
    6. Измерьте толщину ALD Al 2 O 3 , используя эллипсометра.

3. Подготовка второго слой из тонкой пленки Au (рис 2i-L и рис 2m-р)

  1. Подготовка семенного слоев Cu для Au гальваники (рис 2г, м)
    1. Поместите образец в центре патроном образца испарителя E-луча.
    2. Выключите вращение образца в электронно-лучевой испаритель.
    3. Депозит 5 нм Cr слой на образце , чтобы выступать в качестве адгезионного слоя между Al 2 O 3 и Cu. Используйте процесс испарения E-луча без вращения образца.
    4. Депозит 10 нм Cu поверх существующего Cr слоя, используя процесс испарения электронного пучка без вращения образца в качестве затравочного слоя для Au гальваностегии.
  2. Гальванические тонкую пленку Au (рис 2j, п)
    1. Подключение образца (Сu семенем слоя) к отрицательному полюсу источника измерительного прибора с помощью зажима и провод. В этом случае образец является анодом в процессе гальванизации.
    2. Подключение к катоду Pt к положительному полюсу источника измерительного прибора.
    3. Погрузитесь как катод Pt и Cu Анодее в растворе гальванического Au. Хранить два электрода, обращенные друг к другу с расстоянием ~ 1 см.
    4. Включите метр источника и установить постоянное напряжение 1,35 В и гальванизировать Au на образце в течение 16 мин.
    5. Промыть образец с дистиллированной водой и укладкой с воздушным пистолетом.
    6. Проверьте гальваническим Au и ранее гальваническим массив nanopillar Au под микроскопом.
    7. Измерить толщину nanopillars Au с профилометр (Толщина nanopillars Au составляет ~ 400 нм).
      Примечание: Подобно гальваники Au в разделе 1.2.2, постоянный ток, установка также может быть использован для гальванизировать Au тонкой пленки. В обоих постоянном напряжении и постоянном токе установки окна, идеальный ток и напряжение, используемое для Au гальваники может быть достигнуто путем проб и ошибок.
  3. Удаление Cr и Cu слоев (рис 2k, о)
    1. Погрузите образец в Cu травителя в течение 10 с.
    2. Промыть образец дистиллированной водой А.Н.d укладкой с воздушным пистолетом.
    3. Проверьте nanopillars Au под микроскопом.
    4. Погрузите образец в Cr маски травителя в течение 10 с.
    5. Промыть образец с дистиллированной водой и укладкой с воздушным пистолетом.
    6. Проверьте nanopillars Au под микроскопом.
      Примечание: В качестве альтернативы, погрузить образец в растворе гальванического Au вновь депонировать дополнительный слой Au поверх второго слоя гальваническим Au после удаления Cr и Cu (этап 3.3). Этот дополнительный слой Au увеличивает общую толщину второго слоя Au и обеспечивает хороший контакт между слоем Au и слоем Al 2 O 3 (рис 2i, р).

4. Определение С-образную форму СРР (Рисунок 2q-s и Рисунок 2и-ш)

  1. Паттернирования СРР С-образную форму (рис 2д, и)
    1. Спин пальто фоторезиста на образец со скоростью 2000 оборотов в минуту в течение 60 сек.
    2. Выпекать образец на горячей плите 115 ° С в течение 60 с.
      3. 2) с фотошаблона Cr в течение 22 сек.
    3. Разработка с разработчиком в течение 90 с при перемешивании.
    4. Промыть образец с дистиллированной водой и сушите образца с воздушным пистолетом.
  2. Определение С-образную форму с помощью ионной мельницы (рис 2г, V и рис 2s, ш)
    1. Прикрепите образец на держатель образца с ионной мельнице с использованием двухстороннюю Cu проводящую ленту.
    2. Охладить камеру ионной мельнице до 6 ° C.
    3. Ионный мельница образца с напряжением пучка 300 В и токе пучка 125 мА в течение ~ 30 мин.
    4. Извлеките образец и проверить nanopillars Au вне С-образную форму.
    5. Повторите шаг 4.2.3 и 4.2.4, если Au до сих пор видны снаружи С-образную форму.
    6. Разрушать ультразвуком образца в ацетоне для удаления фоторезиста.
    7. Промыть образец с дистиллированной водой и укладкой с воздушным пистолетом.
    8. Осмотрите образец под микроскопом.
    9. Повторите шаг 4.2.6 и 4.2.7, если фоторезист не полностью удалены.
      Примечание: В качестве альтернативы, применять кислород сопротивляются смягчая шаги к фоторезиста перед удалением фоторезиста. Тем не менее, Озвучивание ванна является наиболее эффективным методом для удаления фоторезиста, если это применимо.

5. Удаление Al 2 O 3 для воздуха Nano зазоров (рис 2t, х)

  1. Погрузите образец в 5% растворе фтористого водорода (HF) в течение 5 мин для удаления Al 2 O 3.
  2. Промыть образец с дистиллированной водой и укладкой с воздушным пистолетом.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Схемы их изготовления показывают каждый шаг (рис 2а-х). Оптические изображения (Рисунок 2y-AC) и с помощью сканирующего электронного микроскопа (SEM) изображения (рис 2AD-Ag) были собраны для nanopillar на основе SRRs на различных стадиях изготовления. Анимации (рис 2а-с) иллюстрируют первый слой гальванического nanopillars Au , а второй слой гальванического пленок Au, а также нано-промежутки между ними возникают. Рисунок 2d показывает поперечное сечение схемы nanopillar на основе SRRs с обоими Al 2 O 3 нано-зазоров и воздушных нано-пробелов. СЭМ изображения были собраны для nanopillar на основе СРР массива и наноразмерных промежутки между Au nanopillars (рис 2AF, 2AG, 3e-Н). Оба смоделированы и измерены спектры пропускания образцов с Al 2 O 3 нано-зазоров и воздушных нано пробелов были показаны (рис 3i-L).

jove_content "ВОК: Keep-together.within-странице =" 1 "> Рисунок 1
Рисунок 1: Иллюстрация nanopillar на основе SRRs , опосредованных тока смещения. (А, б) ток смещения (I d) , индуцированный между двумя металлическими пластинами и двумя nanopillars электрическими полями Е. (С) Схема nanopillar на основе SRRs определенных тысячами Au nanopillars (H: высота nanopillar, A: перед лицом области; D: размер нано-зазора, л: ширина nanopillar и е: диэлектрической проницаемости в нано- пробелов) , (D) Q-фактор тонкопленочный на основе СРР и nanopillar на основе СРР. Q-фактор около 450 может быть достигнуто с помощью nanopillar на основе СРР с размером нано-зазор 10 нм. Фигура адаптирована с разрешения Advanced оптических материалов 12.ig1large.jpg "целевых =" _blank "> Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.

фигура 2
Рисунок 2: Fabrication схемы nanopillar на основе SRRs. (А - т) 3D - анимации и поперечные схемы процесса изготовления nanopillar на основе SRRs. (У - ас) Оптические образы nanopillar на основе SRRs на различных этапах изготовления. (Объявление - AG) СЭМ изображения nanopillar на основе SRRs на различных стадиях изготовления, а также 5 нм Al 2 O 3 зазорами (AG). Фигура адаптирована с разрешения Advanced оптических материалов 12. Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.


Рисунок 3: Характеризации nanopillar на основе SRRs. (А - d) Изготовление схем nanopillar на основе SRRs. (Е - з) СЭМ изображения nanopillar на основе SRRs. (Я) Сымитированный спектры пропускания Al 2 O 3 нано-щелевых nanopillar на основе SRRs. (J) , измеренные спектры пропускания Al 2 O 3 нано-щелевых nanopillar на основе SRRs. (К) Сымитированный спектры пропускания воздуха нано-щелевых nanopillar на основе SRRs. (Л) Измеренные спектры пропускания воздуха нано-щелевых nanopillar на основе SRRs. Фигура адаптирована с разрешения Advanced оптических материалов 12. Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть большую версию этого рисунка. </ А>

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Эта технология изготовления имеет значительные преимущества для создания нано-структур по сравнению с существующими методами, такими как электронно-лучевой литографии и самосборки. Во-первых, наноразмерные структуры могут быть реализованы на большой площади (целая вафельного) с использованием фотошаблона, который показывает nanopillar массивы, которые не практично с процессом литографии Е-лучевым. Во-вторых, процесс изготовления использует традиционную вафельные масштаба микро процесс изготовления, что намного быстрее, проще и дешевле по сравнению с электронно-лучевой литографии. В-третьих, в атомном масштабе нано-пробелы могут быть легко созданы с помощью процесса ALD с точно контролируемых размеров объектов.

Cr и Cu E-лучевые выпаривание без вращения образца позволяют Cr и Cu осаждение непосредственно на подложку с свернутом осаждения боковой стенки. Это имеет решающее значение для последующего процесса гальванического Au, потому что Au может быть гальваническим способом только на семенном слое Cu, который подключен к измерителю источника. Так как слой Cus поверх nanopillars Au отсоединены со слоем Cu на подложке, Аи не может быть гальваническим способом на подложке. Качество и толщина гальванического Au зависит от гальванического напряжения / тока и времени гальванизации. Более высокое напряжение / ток приводит к высокой скорости осаждения. Тем не менее, высокое напряжение / ток может также привести к низким качеством осаждения Au. Гальванические Au с низким качеством имеет более низкую электропроводность по сравнению со стандартным материалом Au, а также большого количества пустот в Au, что снижает интенсивность тока смещения циркулирующего СРР, что приводит к слабому резонансного поведения и более низкой величины резонансных пиков , Поэтому, подходящее напряжение / ток имеет важное значение для достижения высокого качества Au nanopillars. Гальванические времени и напряжения / тока должно быть также точно контролировать, чтобы убедиться, что толщина тонкой пленки Au (второй слой Au) меньше, чем у nanopillars Аи (первый слой Au).

2 O 3 слоя как на кремниевой подложке и боковых стенках nanopillars Au. Скорость осаждения и качество Al 2 O 3 , сданный на хранение АБП зависит от температуры реакции внутри камеры. Температура реакции выше 200 ° C рекомендуется для достижения высокого качества Al 2 O 3 фильма. Номер цикла и температуру можно точно регулировать , чтобы получить Al 2 O 3 слой желаемой толщины. Размер нано- зазоров (рис 3h) имеет решающее значение для достижения высоких Q-факторов nanopillar на основе SRRs. Увеличение размера нано-зазора увеличивает накопление энергии внутри нано- пробелов, что приводит к высокой добротности. Однако размер нано-зазорах не может быть увеличено без ограничений. Когда размеры нано- зазор превышает примерно 50 нм, ток смещения между Au nanopillars резко падает и не может пройти через празрядники АНО, что приводит к исчезновению резонансных реакций. Кроме того, если размер Al 2 O 3 нано-щелей составляет менее 2 нм, напряжение гальванических для Au осаждения может пробоя диэлектрического барьера (Al 2 O 3 нано-пробелов), что приводит к проводимости между Au nanopillars и раствор Au гальваническое, что приводит к второму слою Au гальваническим поверх nanopillars Au (первый слой золота). Это ограничение приводит к трудности достижения ультратонкий Al 2 O 3 пробелов , не нарушая диэлектрический барьер между Au nanopillars.

Конечный метод конечных элементов (МКЭ) был использован для имитации SRRs (рис 3i и 3k). Три резонансных пиков в спектрах пропускания известны как в первом режиме (1 - й), второй режим (2 - й), и третий режим (3 - й) из СРР. Спектры пропускания nanopillar на основе SRRs с 10 нм Al 3 зазоры и 10 нм воздушные зазоры измеряют с использованием ТГц - временной области спектроскопии (рис 3j и 3 л). Все измеренные спектры передачи соответствуют смоделированных данных, что доказывает, что производство готовых nanopillar на основе SRR, удовлетворить ожидаемый дизайн.

Сочетание непрерывных тонких металлических пленок и диэлектрических наноразмерных пробелов создают структуры для большего накопления энергии по сравнению с традиционными пленочных SRRs, что приводит к сверхвысокой Q-факторов около 450 (более чем в 45 раз выше, чем Q-фактора традиционных тонкопленочных на основе SRRs) и больших сдвигов частоты (около 17 раз больше, чем сдвиг частоты тонкопленочных основанных на SRRs). Уникальная технология изготовления показано в этом видео-журнале позволяет для изготовления тысяч nanopillar формирования SRRs на большой площади. Поскольку образование Au nanopillars в значительной степени увеличивает участки поверхности SRRs и количество ставок наноразмерные пробеловWEEN nanopillars Au увеличивает количество накопления энергии (электрические заряды), сверхвысокой добротности может быть достигнуто что приводит к высокой чувствительности. Кроме того, вещества, применяемые к nanopillar основе SRRs представлены внутри нано-пробелы способствуют изменениям диэлектрической проницаемости нано- пробелов, что приводит к значительным частотными сдвигами nanopillar на основе SRRs, что приводит к высокой селективности. Таким образом, nanopillar на основе SRR, изготовленных с использованием Au гальваническое и ALD методы идеально подходят для очень острых химических и биомолекулярных единиц зондирования.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Авторы не имеют ничего раскрывать.

Acknowledgments

Этот материал основан на работе, поддержанной начинающей фонда в Университете штата Миннесота, побратимы. Части этой работы были проведены в характеристике фонда, Университет Миннесоты, член НФС финансируемым материалов научно-исследовательских учреждений сети (www.mrfn.org) через программу MRSEC. Часть этой работы была также проведена в Центре Nano Миннесота, который получает частичную поддержку от NSF в рамках программы NNCI.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Silicon Wafer Siltronic AG N/A 100 mm diameter, N-type, one-side polish, resitivity: 560-840 Ω•cm
Chromium Kurt J. Lesker Company EVMCR35J 99.95% pure
Copper Kurt J. Lesker Company EVMCU40QXQJ 99.99% pure
E-Beam Evaporator System Rocky Mountain Vacuum Tech. N/A RME-2000
S1813 Positive Photoresist Microposit 10018348 N/A
Spinner Best Tools S0114031123 SMART COATER 100
Mask Aligner Midas MDA-400LJ N/A
Digital Hot Plate Thermo Scientific HP131725 Super-Nuvoa series, maximum temperature: 370 °C
MF319 Developer Microposit 10018042 N/A
Acetone Fisher Chemical A18P-4 N/A
Isopropyl Alcohol Fisher Chemical A416-4 N/A
Gold 25 ES RTU Technic Inc. 391427 N/A
Source Meter Keithley N/A 2612 System SourceMeter
Microscope Omax NJF-120A N/A
Profilometer Tencor Instruments N/A Alpha-Step 200
APS Copper Etchant 100 Transfene Company, Inc. N/A N/A
CE-5 M Chromium Mask Etchant Transfene Company, Inc. N/A N/A
Atomic Layer Deposition System Cambridge Nano Tech inc. N/A Savannah series
Ion Mill Etching System Intlvac Thin Film N/A Nanoquest series
Ultrasonic Cleaner Crest Ultrasonics N/A Powersonic series
Hydrofluoric Acid Sigma-Aldrich 244279 Diluted to 5%
Field Emission Gun Scanning Electron Microscope Jeol Ltd. N/A JEOL 6700 series

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Xu, X., et al. Flexible visible-infrared metamaterials and their applications in highly sensitive chemical and biological sensing. Nano Lett. 11 (8), 3232-3238 (2011).
  2. Singh, R., Cao, W., Al-Naib, I., Cong, L., Withayachumnankul, W., Zhang, W. Ultrasensitive terahertz sensing with high-Q Fano resonances in metasurfaces. Appl. Phys. Lett. 105 (17), 171101 (2014).
  3. Torun, H., Top, F. C., Dundar, G., Yalcinkaya, A. An antenna-coupled split-ring resonator for biosensing. J. Appl. Phys. 116 (12), 124701 (2014).
  4. Chen, T., Li, S., Sun, H. Metamaterials application in sensing. Sensors. 12 (3), 2742-2765 (2012).
  5. Jaruwongrungsee, K., et al. Microfluidic-based Split-Ring-Resonator Sensor for Real-time and Label-free Biosensing. Procedia Eng. 120, 163-166 (2015).
  6. Han, J., Lakhtakia, A. Semiconductor split-ring resonators for thermally tunable terahertz metamaterials. J. Mod. Optic. 56 (4), 554-557 (2009).
  7. Melik, R., Unal, E., Perkgoz, N. K., Puttlitz, C., Demir, H. V. Flexible metamaterials for wireless strain sensing. Appl. Phys. Lett. 95 (18), 181105 (2009).
  8. Naqui, J., Durán-Sindreu, M., Martín, F. Alignment and position sensors based on split ring resonators. Sensors. 12 (9), 11790-11797 (2012).
  9. Chiam, S., Singh, R., Gu, J., Han, J., Zhang, W., Bettiol, A. A. Increased frequency shifts in high aspect ratio terahertz split ring resonators. Appl. Phys. Lett. 94 (6), 064102 (2009).
  10. Gil, I., et al. Varactor-loaded split ring resonators for tunable notch filters at microwave frequencies. Electron. Lett. 40 (21), 1347-1348 (2004).
  11. Driscoll, T., et al. Tuned permeability in terahertz split-ring resonators for devices and sensors. Appl. Phys. Lett. 91 (6), 062511 (2007).
  12. Liu, C., et al. Displacement Current Mediated Resonances in Terahertz Metamaterials. Adv. Opt. Mater. 4 (8), 1302-1309 (2016).
  13. Huang, M., Zhao, F., Cheng, Y., Xu, N., Xu, Z. Large area uniform nanostructures fabricated by direct femtosecond laser ablation. Opt. Express. 16 (23), 19354-19365 (2008).
  14. Broers, A., Molzen, W., Cuomo, J., Wittels, N. Electron-beam fabrication of 80-Å metal structures. Appl. Phys. Lett. 29 (9), 596-598 (1976).
  15. Isaacson, M., Muray, A. Insitu vaporization of very low molecular weight resists using 1/2 nm diameter electron beams. J. Vac. Sci. Technol. 19 (4), 1117-1120 (1981).
  16. Yang, J. K., et al. Understanding of hydrogen silsesquioxane electron resist for sub-5-nm-half-pitch lithography. J. Vac. Sci. Technol. B. 27 (6), 2622-2627 (2009).
  17. Duan, H., Yang, J. K., Berggren, K. K. Controlled Collapse of High-Aspect-Ratio Nanostructures. Small. 7 (18), 2661-2668 (2011).
  18. Cord, B., et al. Limiting factors in sub-10nm scanning-electron-beam lithography. J. Vac. Sci. Technol. B. 27 (6), 2616-2621 (2009).
  19. Manfrinato, V. R., et al. Resolution limits of electron-beam lithography toward the atomic scale. Nano Lett. 13 (4), 1555-1558 (2013).
  20. Ashraf, M., Sreenath, A., Chollet, F. Low-cost mould for nano-imprinting uses monolayer of self-organized nanospheres. SPIE Newsroom. , (2007).
  21. Hu, T., Gao, Y., Wang, Z., Tang, Z. One-dimensional self-assembly of inorganic nanoparticles. Front. Phys. China. 4, 487-496 (2009).
  22. Kitching, H., Shiers, M. J., Kenyon, A. J., Parkin, I. P. Self-assembly of metallic nanoparticles into one dimensional arrays. J. Mater. Chem. A. 1 (24), 6985-6999 (2013).
  23. Klinkova, A., et al. Structural and optical properties of self-assembled chains of plasmonic nanocubes. Nano Lett. 14 (11), 6314-6321 (2014).
  24. Caswell, K., Wilson, J. N., Bunz, U. H., Murphy, C. J. Preferential end-to-end assembly of gold nanorods by biotin-streptavidin connectors. J. Am. Chem. Soc. 125 (46), 13914-13915 (2003).
  25. Liu, K., et al. Step-growth polymerization of inorganic nanoparticles. Science. 329 (5988), 197-200 (2010).
  26. Nie, Z., Fava, D., Kumacheva, E., Zou, S., Walker, G. C., Rubinstein, M. Self-assembly of metal-polymer analogues of amphiphilic triblock copolymers. Nat. Mater. 6 (8), 609-614 (2007).
  27. Chen, X., et al. Atomic layer lithography of wafer-scale nanogap arrays for extreme confinement of electromagnetic waves. Nat. Commun. 4 (2361), (2013).
  28. Nam, S., et al. Sub-10-nm nanochannels by self-sealing and self-limiting atomic layer deposition. Nano Lett. 10 (9), 3324-3329 (2010).

Tags

Машиностроение выпуск 121 метаматериалы терагерцового расщепленные кольцевые резонаторы ток смещения nanopillar коэффициент качества нано разрыв
Изготовление Nanopillar-Based Split Ring резонаторы для тока смещения опосредованной резонансы в Терагерцовое метаматериалов
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Liu, C., Schauff, J., Lee, S., Cho,… More

Liu, C., Schauff, J., Lee, S., Cho, J. H. Fabrication of Nanopillar-Based Split Ring Resonators for Displacement Current Mediated Resonances in Terahertz Metamaterials. J. Vis. Exp. (121), e55289, doi:10.3791/55289 (2017).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter