Summary
tasarım ve yeni bir nanopillar tabanlı bölünmüş halka rezonatör (SRR) imalatı için bir protokol sunulmuştur.
Abstract
SRR böyle rezonatör çevreleyen sıcaklık ve basınç gibi çevresel özelliklere etkilenmez çünkü Terahertz (THz) bölünmüş halka rezonatör (SRR) metamalzemeler (MMS) gaz, kimyasal ve biyomoleküler algılama uygulamaları için çalışılmıştır. THz frekanslarda elektromanyetik radyasyon kritik bir durum, özellikle biyomoleküler algılama uygulama için olan biyo-uyumlu olan. Ancak, kalite faktörü (Q-faktörü) ve geleneksel ince film tabanlı bölünmüş halka rezonatör frekans yanıtları (SRR) MMs sensörler olarak hassasiyetleri ve seçicilik sınırlar çok düşüktür. Bu çalışmada, yeni nanopillar tabanlı SRR MMs, yer değiştirme akımı kullanılarak, etrafında geleneksel ince film tabanlı MMS daha 45 kat daha yüksektir 450 kadar Q-faktörü, geliştirmek için tasarlanmıştır. Geliştirilmiş S-faktörü ile birlikte, nanopillar bazlı MMs geleneksel olarak elde edilen kayma ile karşılaştırıldığında daha geniş bir frekans kaymaları (17 kez sebepal ince film tabanlı MMS). Çünkü önemli ölçüde geliştirilmiş Q-faktörler ve frekans kaymaları yanı sıra biyouyumlu radyasyon özelliği, THz nanopillar tabanlı SRR Biyomalzemelere hasar veya bozulma neden olmadan yüksek hassasiyet ve seçicilik ile biyomoleküler sensörlerin geliştirilmesi için ideal MMs bulunmaktadır. Bir roman üretim süreci değiştirme akımı aracılı THz MMS nanopillar tabanlı SRR'larının inşa etmek kanıtlanmıştır. İki safhalı altın (Au), elektro süreci ve bir atom, tabaka (ALD) işlemi Au nanopillars arasında alt 10 mil çaplı boşlukları oluşturmak için kullanılır. ALD işlemi konformal kaplama işlemi, (Al 2 O 3) nanometre ölçekli kalınlığında bir katman elde edilebilir tek tip, alüminyum oksit olduğu. Sırayla Al 2 O 3 ve Au, yakın bir dolu Au-Al nano ölçekli 2 O 3 -Au yapısı arasındaki boşlukları doldurmak için başka Au ince film elektroliz yoluyla Al 2 O 3 boşluklar olabilirfabrikasyon. Nano-boşlukların boyutu de tam olarak 0.1 nm'lik bir doğruluğa sahiptir ALD işlemi, depozisyon döngüsü kontrol edilerek tanımlanabilir.
Introduction
Terahertz (THz) meta malzeme (MMS) biyomedikal sensörler ve frekans açısından hızlı cihazları 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 geliştirilmiştir. THz MM sensörlerin hassasiyeti ve frekans seçiciliği artırmak için, bir nanopillar tabanlı bölünmüş halka rezonatör (SRR) (ultra yüksek kaliteli faktörler ile THz rezonansa heyecanlandırmak için nanopillar dizileri altın (Au) içinde oluşturulan değiştirme akımı kullanılarak dizayn edilmiştir Q-faktörler) (~ 450) (Şekil 1) 12. nanopillar tabanlı SRR'ler yüksek Q-faktörleri ve gelecek vaat eden algılama yeteneklerini, bu tür nanostructur imalatını göstermek olsa dageniş bir alanda yüksek boy oranları (40'dan fazla) ve nano ölçekli boşluklar (alt 10 nm) ile es zorlu 13 kalır.
Nano-ölçekli yapıların imal etmek en yaygın olarak kullanılan teknik elektron ışını litografi (EBL) 14, 15, 16, 17 olduğunu. Ancak, EBL çözünürlüğü nedeniyle hala ışın spot büyüklüğü, elektron saçılması, karşı özellikleri ve gelişim süreci 18, 19 ile sınırlıdır. Buna ek olarak, bağlı yavaş bir süreç zaman geniş bir alan üzerinde EBL kullanılarak nano imal etmek pratik değildir ve büyük işlem 20 dir. Nano elde etmek için başka bir strateji, bir kendi kendine montaj tekniği 21, 22 kullanmaktır. bir çözelti ve util kendinden montaj metal nanocubes (NCS) ileelektrostatik etkileşim ve NC'ler arasındaki polimer ligandların ilişki izing, nano ölçekli boşlukları ile iyi organize tek boyutlu NC dizisi 23 elde edilebilir. Nano boşluk boyutu NC'ler arasında bir polimer ligandlara bağlıdır ve farklı molekül ağırlıkları 24, 25, 26 sahip olan farklı polimer malzeme uygulanarak kontrol edilebilir. Self-montaj ölçeklenebilir ve maliyet-etkin nano 23 ulaşmak için güçlü bir tekniktir. Bununla birlikte, imalat işlemi geleneksel mikro ve nano üretim işlemleri ile karşılaştırıldığında daha karmaşıktır, ve nano-boşluk boyutlarının kontrol elektronik cihaz uygulamaları için yeterince kesin değildir. başarıyla nanopillar tabanlı SRR'larının imal etmek amacıyla, yeni bir üretim yöntemi aşağıdaki hedeflere ulaşmak için icat edilmelidir: i) üretim süreci uygulamak kolaydır ve kongre ile uyumludurEl mikro ve nano fabrikasyon süreçleri; ii) geniş bir alana fabrikasyon uygulanabilir; iii) nano boşluk boyutları kolayca ve tam olarak 0.1 nm çözünürlükte ile kontrol edilebilir ve 10 nm ya da daha düşük küçültülmüş olabilir.
Bir yeni bir üretim yöntemi nanopillar tabanlı SRR'larının imal etmek, bir elektro işleminin bir kombinasyonu ve bir atomik, tabaka (ALD) işlemi kullanılarak gösterilmiştir. galvanik düşük maliyet ile kendi kendini dolum işlemi olduğundan, geniş bir alana yapıları imal etmek kolaydır. ALD tam işlem sırasında, reaksiyon döngüsü ile kontrol edilebilir bir kimyasal buhar biriktirme (CVD) işlemidir. ALD ince film çözünürlüğü 0.1 nm olabilir, ve ince film homojen, nano ölçekli boşluklar 27, 28 oluşturmak için uygun olan bir yüksek kaliteli, kaplanır. 10 mil boşluklar ya da daha az olan Nanopillar bazlı SRR dizi başarılı 6 mm x 6 mm bir alan üzerinde imal edilebilir. Hem simulated ve ölçülen THz iletim spektrumu değiştirme akımı aracılığı nanopillar tabanlı SRR'ların fizibilitesini kanıtlamaktadır, Q-faktörler ve geniş frekans kaymaları ultra-yüksek olan rezonans davranışlar gösterir. Ayrıntılı fabrikasyon süreci protokol bölümünde aşağıda tarif edilir ve video protokol uygulayıcıları fabrikasyon süreci anlamak ve nanopillar tabanlı SRR'ların imalat ile ilişkili yaygın hatalardan kaçınmak için yardımcı olabilir.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Dikkat: Bu sentezlerde kullanılan kimyasalların bazıları son derece yanıcı, toksik, ve dokunulduğunda veya solunduğunda tahriş ve şiddetli organ hasarına neden olabilir. işlerken uygun kişisel koruyucu ekipman (KKE) giyiniz.
İlk altın (Au) Nanopillar Dizilerinin Katman (Şekil 2a-c ve Şekil 2e-g) 1. Hazırlık
- Au galvanik için Bakır (Cu) Tohum tabakaların hazırlanması (Şekil 2a, b ve Şekil 2E, f)
- 4 "yüksek direnç, silikon (Si) gofret kullanın.: - Alt tabaka olarak (direnç 560 840 Ω • cm) silisyum N tipi katkılı ve bir tarafa (Şekil 2a, e) parlatılır.
- daha sonra kullanılmak üzere 2.5 cm adet x 2 cm içine Si gofret kesin.
- Si ve Cu arasındaki bir yapışma tabakası gibi bir elektron ışını (E-ışını) buharlaştırma işlemi kullanılarak Si örnek 5 mil krom (Cr) katmanın.
- Bir kullanarak mevcut Cr tabakanın üzerine 10 mil Cu katmanınAu galvanik için tohum katmanı olarak e-ışın buharlaştırma işlemi (Şekil 2b, f).
- Au nanopillar dizi Elektrolitik (Şekil 2c, g)
- Nanopillar dizi desenlendirme
- 60 saniye boyunca 2000 rpm'de bölüm 1.1 hazırlanan numune üzerinde kat ışığa Spin.
- 60 saniye boyunca 115 ° C'de bir sıcak plaka üzerinde örnek fırında.
- 22 saniye süreyle nanopillar desen binlerce içeren bir Cr photomask ile ultraviyole (UV) altında ışığa-ışık (güç ~ 15 mW / cm2) Açığa.
- ajitasyon ile 90 saniye boyunca bir geliştirici ile geliştirin.
- deiyonize (DI) su ile numuneyi durulayın ve bir hava tabancası ile örnek fön.
- Au nanopillar dizi Elektrolitik
- elektrot bağlantısı için Cu tohum katmanı ortaya çıkarmak için aseton ile numune üzerinde fotorezist üst bölümünü kaldırın.
- Sam bağlayınple bir kelepçe ve bir tel kullanarak bir kaynak metre negatif terminaline (Cu tohum tabakası). Bu durumda, örnek galvanoplasti işlemi esnasında anodtur.
- (Pt) kaplı Si (örnek olarak aynı boyutta) Kaynak metre pozitif terminaline platin bir parça bağlayın. Pt elektrokaplama işlemi sırasında bir katodudur.
- Au elektro çözeltisi Pt katot ve anot, Cu hem daldırın. Yaklaşık 1 cm'lik bir mesafe ile birbirine bakan iki elektrot tutun.
- kaynağı metre açın ve 8 dakika için örnek 1.12 V. elektrolizle Au sabit bir gerilim kaynağı (çökelme hızı: ~ 100 nm / dakika).
- fotodirencin kaldırmak için aseton, ardından DI su ile numuneyi, durulayın.
- Yine DI suyla örnek durulayın ve fön hava tabancası ile.
- mikroskop altında elektrolitik Au nanopillar dizi kontrol edin.
- bir profilometre (kalınlığı ile Au nanopillars kalınlığını ölçmekAu nanopillars) ~ 800 nm.
NOT: Sabit akım set-up da Au nanopillars electroplate için kullanılabilir. hem sabit gerilim ve sabit akım set-up, Au galvanik için kullanılan ideal bir akım ve gerilim deneme yanılma yolu ile elde edilebilir.
- Nanopillar dizi desenlendirme
Au Nanopillars arasında Nano boşlukların 2. Yaratma (Şekil 2d, h)
- Cr ve Cu tabakaların kaldırılması
- Cu renk kaybolana kadar Cu etchant numuneyi Batmak.
- DI su ile numuneyi durulayın ve fön hava tabancası ile.
- mikroskop altında Au nanopillars kontrol edin.
- 10 s Cr maske etchant numuneyi Batmak.
- DI su ile numuneyi durulayın ve fön hava tabancası ile.
- mikroskop altında Au nanopillars kontrol edin.
- Nano-ölçekli Alüminyum Oksit Fabrikasyon (Al 2 O 3) boşluklar
- ALD sistemi cham ısıtın200 ° C'ye ber.
- odasının merkezinde örnek yerleştirin.
- Bir vakum odasına aşağı pompa ve 100 devir sayısını ayarlamak (biriktirme oranı: ~ 1 Å / döngü).
- Sıralı ve alternatif olarak eşit numune Al 2 O 3 tabakalarının odasına 0.015 sn bir süre ile 0.015 S ve su (H2O) buharın bir zaman süresi ile trimetilalüminyum (TMA) gaz nabız. Her darbe arasındaki zaman farkı 5 saniyedir. TMA darbe sırasında oda basıncı 10 Torr ve H 2 O buhar darbesi sırasında basınç 2 Torr olduğunu.
- Temizle ve birikimi her çevrim arasındaki odasına vakum. Depozito 100 devir için Al 2 O 3 ve odasından örnek almak.
- Bir elipsometre kullanarak ALD Al 2 O 3 kalınlığını ölçün.
Bir Au İnce Film İkinci Katman 3. Hazırlama (Şekil 2i-l ve Şekil 2m-p)
- Au galvanik için Cu Tohum katmanlarının Hazırlama (Şekil 2i, m)
- E-ışın evaporatör numune tutucu ortasına örnek yerleştirin.
- E-ışın demeti buharlaştırıcı içinde numunenin dönme kapatın.
- Al 2 O 3 ve Cu arasında bir yapışma tabakası olarak hareket etmek numune üzerinde bir 5 nm Cr katmanı bırakın. örnek rotasyon olmadan bir e-ışını buharlaştırma işlemi kullanın.
- Deposit Au galvanik için tohum tabakası olarak örnek rotasyon olmadan E-ışını ile buharlaştırma işlemi kullanılarak, mevcut Cr tabakanın üzerine 10 mil Cu.
- Au ince film Elektrolitik (Şekil 2j, n)
- bir kelepçe ve bir tel kullanarak kaynak metre negatif terminaline örnek (Cu tohum tabakası) bağlayın. Bu durumda, örnek galvanoplasti işlemi esnasında anodtur.
- Kaynak metre pozitif terminaline Pt katot bağlayın.
- Pt katot ve anot Cu hem BatmakAu elektro çözeltide ör. Yaklaşık 1 cm'lik bir mesafe ile birbirine bakan iki elektrot tutun.
- Kaynak metre açın ve 1.35 V sabit gerilim kurmak ve 16 dakika süreyle numune üzerinde Au electroplate.
- DI su ile numuneyi durulayın ve fön hava tabancası ile.
- Elektroliz Au ve mikroskop altında daha önce elektrolitik Au nanopillar dizi kontrol edin.
- bir profilometre ile Au nanopillars kalınlığını ölçmek (Au nanopillars kalınlığı ~ 400 nm).
NOT: Bölüm 1.2.2 Au elektrokaplama benzer şekilde, sabit akım set-up da au ince film electroplate için kullanılabilir. hem sabit gerilim ve sabit akım set-up, Au galvanik için kullanılan ideal bir akım ve gerilim deneme yanılma yolu ile elde edilebilir.
- Cr ve Cu katmanları (Şekil 2k, o) çıkarılması
- 10 s Cu etchant numuneyi Batmak.
- DI suyun ile örnek durulayınd darbe kuru bir hava tabancası ile.
- mikroskop altında Au nanopillars kontrol edin.
- 10 s Cr maske etchant numuneyi Batmak.
- DI su ile numuneyi durulayın ve fön hava tabancası ile.
- mikroskop altında Au nanopillars kontrol edin.
Not: Alternatif olarak, Cr ve Cu (aşama 3.3) çıkarılmasından sonra, ikinci elektro Au tabakanın üzerine Au ilave katmanın tekrar Au elektro çözelti içinde numune daldırın. Bu ekstra Au tabakası, ikinci Au tabakasının toplam kalınlığı artar Au tabakası ve Al 2 O 3 katman (Şekil 2R, p) arasında iyi bir temas sağlar.
C-şekil SRR'ın 4. Tanımı (Şekil 2q-ler ve Şekil 2u-w)
- C-şekil SRR desenlendirme (Şekil 2 k, u)
- 60 saniye için 2.000 rpm'de kaplamaz numune üzerinde bir ışığa dönerler.
- 60 saniye boyunca 115 ° C sıcak bir plaka üzerine örnek fırında.
- ajitasyon ile 90 saniye boyunca bir geliştirici ile geliştirin.
- DI su ile örnek durulayın ve bir hava tabancası ile örnek fön.
- çift taraflı Cu iletken bant kullanarak bir iyon değirmen numune tutucu numuneyi takın.
- 6 ° C iyonu öğütücü bölme soğutun.
- İyon tesis 300 V bir ışın gerilimi ve 30 dakika ~ 125 mA olan bir ışın akımı ile örnek.
- örnek almak ve C-şekil dışında Au nanopillars inceleyin.
- Adımı tekrarlayın 4.2.3 ve Au hala C-şekil dışında görünür ise 4.2.4.
- fotorezist kaldırmak için aseton içerisinde örnek sonikasyon.
- DI su ile numuneyi durulayın ve fön hava tabancası ile.
- Bir mikroskop altında örnek kontrol edin.
- Adımı tekrarlayın 4.2.6 ve 4.2.7 Fotorezist tam kaldırılmış değilse.
NOT: Alternatif olarak, uygulamak oksijen ışığa çıkarmadan önce fotorezist adımları yumuşatıcı karşı direnç gösterirler. Ancak, sonikasyon banyosu varsa ışığa çıkarmak için en etkili yöntemdir.
Hava Nano boşluklar Al 2 O 3 5. Temizleme (Şekil 2t x)
- Al 2 O 3 kaldırmak için 5 dakika boyunca,% 5 hidrojen fluorür (HF) çözeltisi içinde örnek daldırın.
- DI su ile numuneyi durulayın ve fön hava tabancası ile.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Fabrikasyon düzenleri her adımı (Şekil 2a-x) göstermektedir. Optik görüntü (Şekil 2y-AC) ve taramalı elektron mikroskobu (SEM) görüntüleri (Şekil 2ad-ag) farklı imalat aşamalarında nanopillar tabanlı SRR'ların için toplandı. Animasyonlar (Şekil 2a-c) elektrolitik Au nanopillars ilk katmanını ve elektro Au filmlerin ikinci kat yanı sıra aralarında oluşturulan nano boşluklar göstermektedir. Şekil 2d Al 2 O 3 nano boşlukları ve hava nano boşlukları hem nanopillar bazlı SRR'ların kesit şemasını göstermektedir. SEM görüntüleri, Au nanopillars arasındaki nanopillar tabanlı SRR dizisi ve nano ölçekli boşluklar (Şekil 2AF, 2AG, 3E-H) için toplanmıştır. Al 2 O 3 nano boşluklar ve hava nano boşluklar ile numunelerin her ikisi de simüle ve ölçülen iletim spektrumları (Şekil 3i-l) gösterildi.
1 ">:" keep-together.within sayfa = fo "jove_content
Şekil 1: değiştirme akımı aracılığı nanopillar bazlı SRR'ların illüstrasyon. (A, b) Deplasman akımı (I d) iki metal plakalar ve elektrik alanlar E iki nanopillars arasında uyarılan. (C) şematik Au nanopillars binlerce tanımlanan nanopillar tabanlı SRR'ların (H: nanopillar, A yüksekliği: bakan alanı, d: nano-boşluk boyutu l: nanopillar genişliği ve ε: Nano-boşlukları geçirgenlik) . (D) ince film tabanlı SRR ve nanopillar tabanlı SRR'ın Q-faktörü. yaklaşık 450 arasında bir S-faktörü 10 nm'lik bir nano boşluk boyutu olan bir nanopillar bazlı SRR ile elde edilebilir. Şekil Gelişmiş Optik Malzemelerin 12 izni ile uyarlanmıştır.ig1large.jpg "target =" _ blank "> bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayınız.
Şekil 2: nanopillar tabanlı SRR'ların Fabrikasyon şemaları. Nanopillar tabanlı SRR'ların imalat sürecinin - (t) 3D animasyon ve kesit şemaları. (Y - ac) farklı bir üretim aşamalarında nanopillar bazlı SRR'ların optik görüntüler. (Reklam - ag) nanopillar tabanlı farklı imalat aşamalarında SRR'ların yanı sıra 5 mil Al 2 O 3 boşluklar (ag) SEM görüntüleri. Şekil Gelişmiş Optik Malzemelerin 12 izni ile uyarlanmıştır. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.
Şekil 3: nanopillar tabanlı SRR'ların karakterizasyonu. (A - d) nanopillar tabanlı SRR'ların Fabrikasyon şemaları. (E - h) nanopillar tabanlı SRR'ların SEM görüntüleri. (I) Al 2 O 3 nano-gap nanopillar tabanlı SRR'ların benzetilmiş iletim spektrumu. (J) Al 2 O 3 nano-gap nanopillar tabanlı SRR'ların Ölçülen iletim spektrumu. (K) hava nano boşluğu nanopillar tabanlı SRR'ların benzetilmiş iletim spektrumu. (L) Hava nano boşluğu nanopillar tabanlı SRR'ların iletim spektrumları ölçülür. Şekil Gelişmiş Optik Malzemelerin 12 izni ile uyarlanmıştır. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız. </ A>
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Bu imalat tekniği, örneğin E-ışın demeti litografi ve kendi montaj gibi mevcut yöntemlere göre, nano ölçekli yapıları oluşturmak için önemli avantajları vardır. İlk olarak, nano-ölçekli yapılar E-ışın litografi süreci ile pratik değildir nanopillar dizileri, özellikleri bir photomask kullanarak geniş bir alana (tüm gofret) üzerinden gerçekleştirilebilir. İkinci olarak, üretim süreci E-ışın litografi ile karşılaştırıldığında, çok daha hızlı basit ve ucuz bir geleneksel gofret ölçekli mikro fabrikasyon sürecini kullanır. Üçüncü olarak, atomik ölçek nano boşluklar kolayca hassas kontrollü özellik boyutları ile bir ALD işlemi ile oluşturulabilir.
örnek rotasyon olmadan Cr ve Cu E-ışın buharlaştırma minimize yanak birikimi ile yüzey üzerine doğrudan Cr ve Cu birikimi sağlar. Au tek kaynak sayaca bağlı olan Cu tohum tabakası üzerine elektroliz olabilir, çünkü bu, aşağıdaki Au galvanoplasti işlemi için çok önemlidir. Cu tabakasının yanaAu nanopillars en ilgili alt-tabaka üzerinde, Cu tabaka ile kesilmiş, Au alt-tabaka üzerinde elektroliz edilemez. kalite ve elektro Au kalınlığı elektro gerilim / akım ve galvanik süresine bağlıdır. Yüksek gerilim / akım yüksek çökelme hızına yol açmaktadır. Bununla birlikte, yüksek voltaj / akım, aynı zamanda düşük kaliteli Au birikimine neden olabilir. Düşük kaliteli Elektroliz Au daha düşük bir elektrik iletkenliği zayıf rezonans davranış ve rezonans tepe daha düşük bir büyüklüğe gelen standart Au malzeme de SRR sirkülasyon değiştirme akımı yoğunluğunu azaltır Au, boşlukların çok göre olan . Bu nedenle, uygun bir voltaj / akım, yüksek kaliteli Au nanopillars elde etmek için gereklidir. Elektrolitik zaman ve voltaj / akım, aynı zamanda, tam Au ince film (Au ikinci tabakası) kalınlığı Au nanopillars (Au birinci tabaka) göre daha az olduğundan emin olmak için kontrol edilmelidir.
2 O 3 tabaka elde edebilirsiniz. ALD tarafından tevdi Al 2 O 3 çökelme hızı ve kalitesi bölmesi içindeki reaksiyon sıcaklığına bağlıdır. Yukarıda 200 ° C'lik bir tepkime sıcaklığı yüksek kaliteli Al 2 O 3 filmler elde etmek için önerilmektedir. Döngü sayısı ve sıcaklık tam olarak istenilen kalınlıkta Al 2 O 3 tabakasını elde etmek için kontrol edilebilir. Nano boşluklar (Şekil 3H) boyutu nanopillar bazlı SRR'ların yüksek Q-faktör elde edilmesi için çok önemlidir. Nano-GAP boyutta bir artış, yüksek Q faktörüne yol açmaktadır; nano boşluklar içinde enerji depolama artırır. Ancak nano Boşlukların boyutu sınırlama olmaksızın artırılamaz. Nano-boşluk boyutları yaklaşık 50 nm aştığında, Au nanopillars arasında yer değiştirme akımı önemli ölçüde düşer ve n geçmesine edemiyorano-boşluklar, rezonans yanıtların kaybolmasına neden olur. Buna ek olarak, Al 2 O 3 nano Boşlukların boyutu Au nanopillars arasında iletim elde az 2 nm, Au birikimi dökümü dielektrik bariyer kutu (Al 2 O 3 nano boşluklar) için elektro gerilimi ise Au nanopillars üstünde electroplated ikinci Au katmanına yol açar Au elektro çözümü, (bir ilk altın tabakası). Bu sınır Au nanopillars arasındaki dielektrik bariyer bozmadan ultra-ince Al 2 O 3 boşlukları elde etmek için zorluk yol açar.
Bir sonlu elemanlar metodu (FEM) SRR'larının (Şekil 3i ve 3k) simüle etmek için kullanılmıştır. Iletim spektrumları üç rezonans pikleri ilk (1.) modunda, ikinci (2.) modu ve SRR üçüncü (3.) modu olarak bilinir. 10 nm Al ile nanopillar bazlı SRR'ların iletim spektrumu
sürekli metal ince film ve dielektrik nano ölçekli boşlukları kombinasyonu daha fazla enerji depolama yapıları Q-faktörü daha yüksek yaklaşık 450 (45'ten fazla kez ultra-yüksek Q-faktörler ile sonuçlanan geleneksel film tabanlı SRR'ların kıyasla sağlamak geleneksel ince film tabanlı SRR'ların) ve büyük frekans kaymaları (ince film tabanlı SRR'ların frekans kayması) daha büyük 17 kez etrafında. Bu videonun dergisinde gösterilen eşsiz üretim tekniği geniş bir alana nanopillar oluşturan SRR'ların binlerce imalatı için izin verir. Au nanopillars oluşumu büyük ölçüde SRR'ların yüzey alanlarını ve nano ölçekli boşluklar bahis sayısını artırır yanaween Au nanopillars (elektrik yüklerinin) enerji depolama miktarını arttırır, ultra-yüksek Q-faktör yüksek hassasiyet giden elde edilebilir. nano boşluklar nano boşlukların geçirgenliği değişikliklere katkıda içinde ek olarak, nanopillar tabanlı SRR'ların uygulanan maddelerin yüksek bir seçicilik neden nanopillar bazlı SRR'ların, geniş frekans kayması ile sonuçlanan sunulmaktadır. Böylece nanopillar tabanlı SRR'ler Au elektroliz kullanılarak imal ve ALD teknikleri çok akut kimyasal ve biyomoleküler algılama birimleri için idealdir.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Yazarlar ifşa hiçbir şey yok.
Acknowledgments
Bu malzeme Minnesota, Twin Cities Üniversitesi'nde bir start-up fonu tarafından desteklenen çalışma dayanmaktadır. Bu çalışmanın parçaları Karakterizasyonu Tesisi, Minnesota, MRSEC programı üzerinden NSF tarafından finanse edilen malzemeler Araştırma Olanakları Ağı (www.mrfn.org) üyesi Üniversitesi'nde gerçekleştirildi. Bu çalışmanın bir kısmı da NNCI programı aracılığıyla NSF kısmi destek almaktadır Minnesota Nano Merkezi'nde gerçekleştirildi.
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 |
References
- 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).
- 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).
- Torun, H., Top, F. C., Dundar, G., Yalcinkaya, A. An antenna-coupled split-ring resonator for biosensing. J. Appl. Phys. 116 (12), 124701 (2014).
- Chen, T., Li, S., Sun, H. Metamaterials application in sensing. Sensors. 12 (3), 2742-2765 (2012).
- Jaruwongrungsee, K., et al. Microfluidic-based Split-Ring-Resonator Sensor for Real-time and Label-free Biosensing. Procedia Eng. 120, 163-166 (2015).
- Han, J., Lakhtakia, A. Semiconductor split-ring resonators for thermally tunable terahertz metamaterials. J. Mod. Optic. 56 (4), 554-557 (2009).
- 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).
- Naqui, J., Durán-Sindreu, M., Martín, F. Alignment and position sensors based on split ring resonators. Sensors. 12 (9), 11790-11797 (2012).
- 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).
- Gil, I., et al. Varactor-loaded split ring resonators for tunable notch filters at microwave frequencies. Electron. Lett. 40 (21), 1347-1348 (2004).
- Driscoll, T., et al. Tuned permeability in terahertz split-ring resonators for devices and sensors. Appl. Phys. Lett. 91 (6), 062511 (2007).
- Liu, C., et al. Displacement Current Mediated Resonances in Terahertz Metamaterials. Adv. Opt. Mater. 4 (8), 1302-1309 (2016).
- 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).
- Broers, A., Molzen, W., Cuomo, J., Wittels, N. Electron-beam fabrication of 80-Å metal structures. Appl. Phys. Lett. 29 (9), 596-598 (1976).
- 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).
- 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).
- Duan, H., Yang, J. K., Berggren, K. K. Controlled Collapse of High-Aspect-Ratio Nanostructures. Small. 7 (18), 2661-2668 (2011).
- Cord, B., et al. Limiting factors in sub-10nm scanning-electron-beam lithography. J. Vac. Sci. Technol. B. 27 (6), 2616-2621 (2009).
- Manfrinato, V. R., et al. Resolution limits of electron-beam lithography toward the atomic scale. Nano Lett. 13 (4), 1555-1558 (2013).
- Ashraf, M., Sreenath, A., Chollet, F. Low-cost mould for nano-imprinting uses monolayer of self-organized nanospheres. SPIE Newsroom. , (2007).
- Hu, T., Gao, Y., Wang, Z., Tang, Z. One-dimensional self-assembly of inorganic nanoparticles. Front. Phys. China. 4, 487-496 (2009).
- 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).
- Klinkova, A., et al. Structural and optical properties of self-assembled chains of plasmonic nanocubes. Nano Lett. 14 (11), 6314-6321 (2014).
- 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).
- Liu, K., et al.
- 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).
- Chen, X., et al. Atomic layer lithography of wafer-scale nanogap arrays for extreme confinement of electromagnetic waves. Nat. Commun. 4 (2361), (2013).
- Nam, S., et al. Sub-10-nm nanochannels by self-sealing and self-limiting atomic layer deposition. Nano Lett. 10 (9), 3324-3329 (2010).
