Name: Metallgestützte elektrochemische Nanoimprintierung von porösen und festen Siliziumwafern (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2022-02-08T12:30:00.000+00:00
Duration: 9 min 18 s
Description: Lernen Sie die metallgestützte elektrochemische Nanoimprintierung zur Herstellung dreidimensionaler Mikrostrukturen mit Sub-100-nm-Auflösung in Siliziumwafern. Diese Methode ermöglicht präzise Muster für optische Biosensoren und infrarote Geräte.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Wir danken Dr. Keng Hsu (University of Louisville) für einblicke in diese Arbeit; Frederick Seitz Laboratory der University of Illinois und, in memoriam, Mitarbeiter Scott Maclaren; LeRoy Eyring Center for Solid State Science der Arizona State University; und die Science Foundation Arizona im Rahmen des Bis grove Scholars Award.

<ol><li>Ning, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Transfer-Printing+of+Tunable+Porous+Silicon+Microcavities+with+Embedded+Emitters%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Photonics%22%5BJournal%5D)">Transfer-Printing of Tunable Porous Silicon Microcavities with Embedded Emitters.</a> ACS Photonics. 1 (11), 1144-1150 (2014).</li>
<li>Hirschman, K. D., Tsybeskov, L., Duttagupta, S. P., Fauchet, P. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Silicon-based+light+emitting+devices+integrated+into+microelectronic+circuits%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Silicon-based light emitting devices integrated into microelectronic circuits.</a> Nature. 384, 338-341 (1996).</li>
<li>Cho, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nanoscale+Origami+for+3D+Optics%5BTitle%5D)+AND+%22Small%22%5BJournal%5D)">Nanoscale Origami for 3D Optics.</a> Small. 7 (14), 1943-1948 (2011).</li>
<li>Azeredo, B. P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Silicon+nanowires+with+controlled+sidewall+profile+and+roughness+fabricated+by+thin-film+dewetting+and+metal-assisted+chemical+etching%5BTitle%5D)+AND+%22Nanotechnology%22%5BJournal%5D)">Silicon nanowires with controlled sidewall profile and roughness fabricated by thin-film dewetting and metal-assisted chemical etching.</a> Nanotechnology. 24 (22), 225305-225312 (2013).</li>
<li>Lin, C., Tsai, M., Wei, W., Lai, K., He, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Packaging+Glass+with+a+Hierarchically+Nanostructured+Surface%3A+a+universal+method+to+achieve+selfcleaning+omnidirectional+solar+cells%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Nano%22%5BJournal%5D)">Packaging Glass with a Hierarchically Nanostructured Surface: a universal method to achieve selfcleaning omnidirectional solar cells.</a> ACS Nano. 10 (1), 549-555 (2016).</li>
<li>Park, K. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nanotextured+Silica+Surfaces+with+Robust+Superhydrophobicity+and+Omnidirectional+Broadband+Supertransmissivity%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Nano%22%5BJournal%5D)">Nanotextured Silica Surfaces with Robust Superhydrophobicity and Omnidirectional Broadband Supertransmissivity.</a> ACS Nano. 6 (5), 3789-3799 (2012).</li>
<li>Kim, J., Joy, D. C., Lee, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Controlling+resist+thickness+and+etch+depth+for+fabrication+of+3D+structures+in+electron-beam+grayscale+lithography%5BTitle%5D)+AND+%22Microelectronics+Engineering%22%5BJournal%5D)">Controlling resist thickness and etch depth for fabrication of 3D structures in electron-beam grayscale lithography.</a> Microelectronics Engineering. 84 (12), 2859-2864 (2007).</li>
<li>Deng, S., Zhang, Y., Jiang, S., Lu, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fabrication+of+three-dimensional+silicon+structure+with+smooth+curved+surfaces%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Micro%2FNanolithography%2C+MEMS%2C+and+MOEMS%22%5BJournal%5D)">Fabrication of three-dimensional silicon structure with smooth curved surfaces.</a> Journal of Micro/Nanolithography, MEMS, and MOEMS. 15 (3), 0345031-0345036 (2016).</li>
<li>Azeredo, B. P., Lin, Y., Avagyan, A., Sivaguru, M., Hsu, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Direct+Imprinting+of+Porous+Silicon+via+Metal-Assisted+Chemical+Etching%5BTitle%5D)+AND+%22Advanced+Functional+Materials%22%5BJournal%5D)">Direct Imprinting of Porous Silicon via Metal-Assisted Chemical Etching.</a> Advanced Functional Materials. 26 (17), 2929-2939 (2016).</li>
<li>Azeredo, B., Hsu, K., Ferreira, P. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Direct+Electrochemical+Imprinting+of+Sinusoidal+Linear+Gratings+into+Silicon%5BTitle%5D)+AND+%22The+American+Society+of+Mechanical+Engineers+-+International+Manufacturing+Science+and+Engineering+Conference%22%5BJournal%5D)">Direct Electrochemical Imprinting of Sinusoidal Linear Gratings into Silicon.</a> The American Society of Mechanical Engineers - International Manufacturing Science and Engineering Conference. , 1-6 (2016).</li>
<li>Li, H., Niu, J., Wang, G., Wang, E., Xie, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Direct+Production+of+Silicon+Nanostructures+with+Electrochemical+Nanoimprinting%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Applied+Electronic+Materials%22%5BJournal%5D)">Direct Production of Silicon Nanostructures with Electrochemical Nanoimprinting.</a> ACS Applied Electronic Materials. 1 (7), 1070-1075 (2019).</li>
<li>Kim, K., Ki, B., Choi, K., Lee, S., Oh, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Resist-Free+Direct+Stamp+Imprinting+of+GaAs+via+Metal-Assisted+Chemical+Etching%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Applied+Materials+%26+Interfaces%22%5BJournal%5D)">Resist-Free Direct Stamp Imprinting of GaAs via Metal-Assisted Chemical Etching.</a> ACS Applied Materials & Interfaces. 11 (14), 13574-13580 (2019).</li>
<li>Zhang, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Contact+electrification+induced+interfacial+reactions+and+direct+electrochemical+nanoimprint+lithography+in+n-type+gallium+arsenate+wafer%5BTitle%5D)+AND+%22Chemical+Science%22%5BJournal%5D)">Contact electrification induced interfacial reactions and direct electrochemical nanoimprint lithography in n-type gallium arsenate wafer.</a> Chemical Science. 8, 2407-2412 (2017).</li>
<li>Zhan, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electrochemical+micro%2Fnano-machining%3A+principles+and+practices%5BTitle%5D)+AND+%22Chemical+Society+Reviews%22%5BJournal%5D)">Electrochemical micro/nano-machining: principles and practices.</a> Chemical Society Reviews. 46 (5), 1526-1544 (2017).</li>
<li>Li, X., Bohn, P. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Metal-assisted+chemical+etching+in+HF+%2F+H2O2+produces+porous+silicon%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+Physics+Letters%22%5BJournal%5D)">Metal-assisted chemical etching in HF / H2O2 produces porous silicon.</a> Applied Physics Letters. 77 (16), 2572-2574 (2000).</li>
<li>Chartier, C., Bastide, S., Levy-Clement, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Metal-assisted+chemical+etching+of+silicon+in+HF+-+H2O2%5BTitle%5D)+AND+%22Electrochimica+Acta%22%5BJournal%5D)">Metal-assisted chemical etching of silicon in HF - H2O2.</a> Electrochimica Acta. 53, 5509-5516 (2008).</li>
<li>Chattopadhyay, S., Li, X., Bohn, P. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((In-plane+control+of+morphology+and+tunable+photoluminescence+in+porous+silicon+produced+by+metal-assisted+electroless+chemical+etching%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Applied+Physics%22%5BJournal%5D)">In-plane control of morphology and tunable photoluminescence in porous silicon produced by metal-assisted electroless chemical etching.</a> Journal of Applied Physics. 91 (9), 6134-6140 (2002).</li>
<li>Torralba, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((3D+patterning+of+silicon+by+contact+etching+with+anodically+biased+nanoporous+gold+electrodes%5BTitle%5D)+AND+%22Electrochemistry+Communications%22%5BJournal%5D)">3D patterning of silicon by contact etching with anodically biased nanoporous gold electrodes.</a> Electrochemistry Communications. 76, 79-82 (2017).</li>
<li>Bastide, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((3D+Patterning+of+Si+by+Contact+Etching+With+Nanoporous+Metals%5BTitle%5D)+AND+%22Frontiers+in+Chemistry%22%5BJournal%5D)">3D Patterning of Si by Contact Etching With Nanoporous Metals.</a> Frontiers in Chemistry. 7, 1-13 (2019).</li>
<li>Sharstniou, A., Niauzorau, S., Ferreira, P. M., Azeredo, B. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electrochemical+nanoimprinting+of+silicon%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+the+National+Academy+of+Sciences%22%5BJournal%5D)">Electrochemical nanoimprinting of silicon.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences. 116 (21), 10264-10269 (2019).</li>
<li>Niauzorau, S., Ferreira, P., Azeredo, B. Synthesis of Porous Noble Metal Films with Tunable Porosity by Timed Dealloying. The American Society of Mechanical Engineers - International Manufacturing Science and Engineering Conference. , 1-4 (2018).</li>
<li>Geyer, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Model+for+the+Mass+Transport+During+Metal-Assisted+Chemical+Etching+with+Contiguous+Metal+Films+As+Catalysts%5BTitle%5D)+AND+%22The+Journal+of+Physical+Chemistry+C%22%5BJournal%5D)">Model for the Mass Transport During Metal-Assisted Chemical Etching with Contiguous Metal Films As Catalysts.</a> The Journal of Physical Chemistry C. 116 (24), 13446-13451 (2012).</li>
<li>Li, L., Liu, Y., Zhao, X., Lin, Z., Wong, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Uniform+Vertical+Trench+Etching+on+Silicon+with+High+Aspect+Ratio+by+Metal-Assisted+Chemical+Etching+Using+Nanoporous+Catalysts%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Applied+Materials+and+Interfaces%22%5BJournal%5D)">Uniform Vertical Trench Etching on Silicon with High Aspect Ratio by Metal-Assisted Chemical Etching Using Nanoporous Catalysts.</a> ACS Applied Materials and Interfaces. 6 (1), 575-584 (2014).</li>
</ol>

Wir haben nichts offenzulegen.

Mac-Imprint-Stempel und vorgepanzerte Si-Chips (p-Typ, [100] Ausrichtung, 1-10 Ohm∙cm) wurden gemäß Abschnitt 1 bzw. 2 des Protokolls hergestellt. Der Mac-Imprint des vorgefertigten Si-Chips mit Stempeln, die hierarchische 3D-Muster enthalten, wurde gemäß Abschnitt 3 des Protokolls durchgeführt (Abbildung 9). Wie in Abbildung 9a gezeigt, wurden verschiedene Konfigurationen von Mac-Imprint angewendet: festes Si mit festem Au (links), poröses Si m...

Die dreidimensionale mikro- und nanoskalige Strukturierung und Texturierung von Halbleitern ermöglicht zahlreiche Anwendungen in verschiedenen Bereichen, wie z.B. Optoelektronik1,2, Photonik3, antireflektierende Oberflächen4, superhydrophobe und selbstreinigende Oberflächen5,6. Das Prototyping und die Massenproduktion von 3D- und hierarchischen Mustern wurde erfolgreich für polymere Filme durch Softlithographie und Nanoimprinting-Lithographie mit einer Auflösung von sub 20 nm durchgeführt. Die Übertragung solcher 3D-Polymermuster in Si erfordert jedoch die Ätzselektivität eines Maskenmusters während des reaktiven Ionenätzens und begrenzt somit das Seitenverhältnis und induziert Formverzerrungen und Oberflächenrauheit aufgrund von Überlappungseffekten7,8.
Eine neue Methode namens Mac-Imprint wurde für die parallele und direkte Strukturierung von porösen9 und festen Si-Wafern10,11 sowie festen GaAs-Wafern12,13,14 erreicht. Mac-Imprint ist eine kontaktbasierte Nassätztechnik, die den Kontakt zwischen Substrat und einem edelmetallbeschichteten Stempel mit 3D-Merkmalen in Gegenwart einer Ätzlösung (ES) aus HF und einem Oxidationsmittel (z. B. H2O2 im Fall von Si Mac-Imprint) erfordert. Während des Ätzens laufen zwei Reaktionen gleichzeitig ab15,16: eine kathodische Reaktion (d.h. die H2O2-Reduktion am Edelmetall, bei der positive Ladungsträger [Löcher] erzeugt und anschließend in Si17 injiziert werden) und eine anodische Reaktion (d.h. Si-Auflösung, bei der die Löcher verbraucht werden). Nach ausreichender Zeit im Kontakt werden die 3D-Eigenschaften des Stempels in den Si-Wafer geätzt. Mac-Imprint hat zahlreiche Vorteile gegenüber herkömmlichen lithographischen Verfahren, wie z.B. hohen Durchsatz, Kompatibilität mit Rolle-zu-Platte- und Rolle-zu-Rolle-Plattformen, amorphen, mono- und polykristallinen Si- und III-V-Halbleitern. Mac-Imprint Stempel können mehrfach wiederverwendet werden. Darüber hinaus kann die Methode eine Ätzauflösung von unter 20 nm liefern, die mit modernen direkten Schreibmethoden kompatibel ist.
Der Schlüssel zum Erreichen einer High-Fidelity-Prägung ist der Diffusionsweg zur Ätzfront (d. H. Kontaktschnittstelle zwischen Katalysator und Substrat). Die Arbeit von Azeredo et al.9 zeigte zunächst, dass die ES-Diffusion durch ein poröses Si-Netzwerk ermöglicht wird. Torralba et al.18 berichteten, dass zur Realisierung eines festen Si Mac-Imprints die ES-Diffusion durch einen porösen Katalysator ermöglicht wird. Bastide et al.19 und Sharstniou et al.20 untersuchten weiter den Einfluss der Katalysatorporosität auf die ES-Diffusion. So wurde das Konzept von Mac-Imprint in drei Konfigurationen mit unterschiedlichen Diffusionswegen getestet.
In der ersten Konfiguration sind der Katalysator und das Substrat fest und bieten keinen anfänglichen Diffusionsweg. Der Mangel an Reaktantendiffusion führt zu einer Sekundärreaktion während der Prägung, die eine Schicht aus porösem Si auf dem Substrat um den Rand der Katalysator-Si-Grenzfläche bildet. Die Reaktanden werden anschließend erschöpft und die Reaktion stoppt, was zu keiner erkennbaren Musterübertragungstreue zwischen Stempel und Substrat führt. In der zweiten und dritten Konfiguration werden die Diffusionswege durch poröse Netzwerke ermöglicht, die entweder in das Substrat (d. H. Poröses Si) oder in den Katalysator (d. H. Poröses Gold) eingeführt werden, und es wird eine hohe Musterübertragungsgenauigkeit erreicht. Daher spielt der Stofftransport durch poröse Materialien eine entscheidende Rolle bei der Ermöglichung der Diffusion von Reaktanden und Reaktionsprodukten zur und von der Kontaktschnittstelle aus9,18,19,20. Ein Schema aller drei Konfigurationen ist in Abbildung 1 dargestellt.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61040/61040fig1.jpg"> Abbildung 1: Schaltpläne von Mac-Imprint Konfigurationen. Diese Abbildung unterstreicht die Rolle poröser Materialien bei der Diffusion reagierender Spezies durch das Substrat (d.h. Fall II: poröses Si) oder in den Stempel (d.h. Fall III: Katalysatordünnfilm aus porösem Gold). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61040/61040fig1large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.</a>
In diesem Artikel wird der Mac-Imprint-Prozess ausführlich diskutiert, einschließlich der Stempelvorbereitung und Substratvorbehandlung zusammen mit Mac-Imprint selbst. Der Abschnitt zur Substratvorbehandlung innerhalb des Protokolls umfasst die Si-Wafer-Reinigung und die Si-Wafer-Musterung mit Trockenätzen und Substratanodisierung (optional). Darüber hinaus ist ein Stempelvorbereitungsabschnitt in mehrere Verfahren unterteilt: 1) PDMS-Replik-Formgebung von Si-Master-Form; 2) UV-Nanoimprinting einer Fotolackschicht, um das PDMS-Muster zu übertragen; und 3) katalytische Schichtabscheidung durch Magnetron-Sputtern gefolgt von Dealloying (optional). Schließlich wird im Mac-Imprint-Bereich das Mac-Imprint-Setup zusammen mit den Mac-Imprint-Ergebnissen (d.h. Si-Oberflächen-3D-hierarchische Musterung) vorgestellt.

<table><tbody><tr><td>Aceton, >99,5%, ACS Reagenz</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>67-64-1</td><td>VORSICHT, chemisch</td></tr><tr><td>Ammoniumfluorid, >98%, ACS Klasse</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>12125-01-8</td><td>ACHTUNG, gefährliche</td></tr><tr><td>Ammoniumhydroxidlösung, 28-30%, ACS Reagenz</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>1336-21-6</td><td>VORSICHT, gefährlich</td></tr><tr><td>AZ 400K Entwickler</td><td>Mikrochemikalien</td><td>AZ 400K</td><td>VORSICHT, chemisch</td></tr><tr><td>BenchMark 800 Etch</td><td>Axic</td><td>BenchMark 800</td><td>Reaktives Ionenätzen</td></tr><tr><td>Chrom-Target, 2" x 0,125", 99,95% Reinheit</td><td>ACI-Legierungen</td><td>ADM0913</td><td>Magnetron Sputter Chrom-Target</td></tr><tr><td>CTF 12</td><td>Carbolit Gero</td><td>C12075-700-208SN</td><td>Rohrofen</td></tr><tr><td>Exsikkator</td><td>Fisher scientific Chemglass Life Sciences</td><td>CG122611</td><td>Exsikkator</td></tr><tr><td>F6T5/BLB</td><td>Eiko</td><td>F6T5/BLB 6W</td><td>UV-Lampe</td></tr><tr><td>Gold-Target, 2" x 0,125", 99,99% Reinheit</td><td>ACI-Legierungen</td><td>N/A</td><td>Magnetron-Sputter-Gold-Target</td></tr><tr><td>Heizplatte KW-4AH</td><td>Chemat Technology</td><td>KW-4AH</td><td>Nivellierte Heizplatte mit gleichmäßigem Temperaturprofil</td></tr><tr><td>Flusssäure, 48%, ACS-Reagenz</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>7664-39-3</td><td>VORSICHT, extrem gefährlich</td></tr><tr><td>Wasserstoffperoxid, 30%, ACS-Reagenz</td><td>Fisher Chemical</td><td>7722-84-1</td><td>VORSICHT, gefährlicher</td></tr><tr><td>Isopropylalkohol, >99,5%, ACS-Reagenz</td><td>LabChem</td><td>67-63-0</td><td>VORSICHT, chemisch</td></tr><tr><td>MLP-50</td><td>Wandlertechniken</td><td>MLP-50</td><td>Wägezelle</td></tr><tr><td>Salpetersäure, 70%, ACS-Klasse</td><td>SAFC</td><td>7697-37-2</td><td>VORSICHT, gefährlich</td></tr><tr><td>NSC-3000</td><td>Nano-Master</td><td>NSC-3000</td><td>Magnetron-Sputter</td></tr><tr><td>Kaliumhydroxid, 45%, zertifiziert</td><td>Fisher Chemical</td><td>1310-58-3</td><td>ACHTUNG, chemisch</td></tr><tr><td>Rocker 800 Vakuumpumpe, 110V/60Hz</td><td>Rocker</td><td>1240043</td><td>Ölfreie Vakuumpumpe</td></tr><tr><td>Silikon-Master-Mold</td><td>NILT</td><td>SMLA_V1</td><td>Siliziumchip mit Muster</td></tr><tr><td>Siliziumwafer, erstklassiger</td><td>Universitätswafer</td><td>783</td><td>Si-Wafer</td></tr><tr><td>Silber-Target, 2" x 0,125", 99,99% Reinheit</td><td>ACI-Legierungen</td><td>HER2318</td><td>Magnetron-Sputter-Silber-Target</td></tr><tr><td>SP-300</td><td>BioLogic</td><td>SP-300</td><td>Potentiostat</td></tr><tr><td>SPIN 150i</td><td>Spincoating</td><td>SPIN 150i</td><td>Spincoater</td></tr><tr><td>SPR 200-7.0 positiver Fotolack</td><td>Microchem</td><td>SPR 220-7.0</td><td>VORSICHT, chemisch</td></tr><tr><td>Rühren Heizplatte</td><td>Thermo scientific Cimarec+</td><td>SP88857100</td><td>Allzweck-Heizplatte</td></tr><tr><td>SU-8 2015 Negativ-Fotolack</td><td>Microchem</td><td>SU-8 2015</td><td>VORSICHT, chemisch</td></tr><tr><td>SYLGARD 184 Silikonelastomer-Kit</td><td>DOW</td><td>4019862</td><td>VORSICHT, chemisch</td></tr><tr><td>T-LSR150B</td><td>Zaber Technologies</td><td>T-LSR150B-KT04U</td><td>Motorisierter Lineartisch</td></tr><tr><td>Trichlor(1H,1H,2H, 2H-Perfluoroctyl)silan (PFOCS), 97%</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>78560-45-9</td><td>VORSICHT, gefährlich</td></tr></tbody></table>

metallgestützte elektrochemische nanoimprintierung von porösen und festen siliziumwafern

Metal-Assisted Electrochemical Nanoimprinting of Porous and Solid Silicon Wafers

Die metallunterstützte elektrochemische Prägung (Mac-Imprint) ist eine Kombination aus metallunterstützter chemischer Radierung (MACE) und Nanoimprint-Lithographie, die in der Lage ist, 3D-Mikro- und Nanoskalige Merkmale in monokristallinen Halbleitern der Gruppe IV (z. B. Si) und III-V (z. B. GaAs) direkt zu strukturieren, ohne dass Opfervorlagen und lithographische Schritte erforderlich sind. Dabei wird ein mit einem Edelmetallkatalysator beschichteter Mehrwegstempel mit einem Si-Wafer in Gegenwart eines Flusssäure(HF)-Wasserstoffperoxid-Gemisches (H2O2) in Kontakt gebracht, was zum selektiven Ätzen von Si an der Metall-Halbleiter-Kontaktschnittstelle führt. In diesem Protokoll diskutieren wir die Stempel- und Substratvorbereitungsmethoden, die in zwei Mac-Imprint-Konfigurationen angewendet werden: (1) Porous Si Mac-Imprint mit einem festen Katalysator; und (2) Solid Si Mac-Imprint mit einem porösen Katalysator. Dieser Prozess ist ein hoher Durchsatz und in der Lage, eine zentimetergroße parallele Musterung mit einer Auflösung von unter 20 nm durchzuführen. Es bietet auch eine geringe Defektdichte und großflächige Musterung in einem einzigen Vorgang und umgeht die Notwendigkeit von Trockenätzen wie Deep Reactive Ion Etching (DRIE).

Rasterelektronenmikroskopische (REM) Bilder, optische Mikroskopscans (Abbildung 9) und Rasterkraftmikroskopie (AFM) Scans (Abbildung 10) wurden erhalten, um die morphologischen Eigenschaften der Mac-Imprint-Stempel und der aufgedruckten Si-Oberflächen zu untersuchen. Das Querschnittsprofil des bedruckten festen Si wurde mit dem des verwendeten porösen Au-Stempels verglichen (Abbildung 10). Mustertran...

Ein Protokoll für die metallunterstützte chemische Prägung von 3D-Mikroskala-Merkmalen mit einer Formgenauigkeit von sub-20 nm in feste und poröse Siliziumwafer wird vorgestellt.

Metallgestützte elektrochemische Nanoimprintierung von porösen und festen Siliziumwafern

Metal-assisted electrochemical imprinting (Mac-Imprint) is a combination of metal-assisted chemical etching (MACE) and nanoimprint lithography that is ...

Unser Protokoll bietet eine neue Strukturierungsmethode für Silizium, die die Erstellung dreidimensionaler hierarchischer Mikrostrukturen ermöglicht, die das Design von metaoberflächenbasierten mikrooptischen Elementen und Wellenleitertechnologien ermöglichen. Dieses Protokoll ermöglicht die Replikation von 3D-Strukturen aus polymeren und harten Formen in monokristalline und poröse Siliziumwafer in einem einzigen Schritt. Und gleichzeitig Auflösungen unter 100 Nanometern in alle drei Richtungen liefern.Poröses Silizium und Silizium selbst sind großartige Materialien für die Herstellung optischer Biosensoren und optischer Infrarotgeräte. Wir gehen jedoch davon aus, dass sich diese Technik auf die Halbleiter der Gruppe III-V und sogar darüber hinaus ausdehnen wird. Die Ausrichtung von Stempel auf Substratspitze und Neigung ist für einen gleichmäßigen Mac-Aufdruck äußerst wichtig.Nach diesem Protokoll kann die Ausrichtung durchgeführt werden, indem der Stempel am Halter befestigt wird, während er mit dem Substrat in Kontakt steht. Um einen Stempel für den Mac-Aufdruck vorzubereiten, reinigen Sie zuerst die Silizium-Masterform mit RCA-1-Lösung gemäß den im Protokoll beschriebenen Schritten und legen Sie dann eine saubere Silikon-Masterform in eine Kunststoff-Petrischale in einem Exikkator. Verwenden Sie eine Kunststoffpipette, um ein paar Tropfen PFOCS zu einem Plastikwiegeboot hinzuzufügen, und stellen Sie das Wiegeboot mit der Masterform neben die Schüssel.Schalten Sie die Vakuumpumpe ein, öffnen Sie das Adsorptionsventil und wenden Sie 30 Minuten lang Vakuum an. Während das Vakuum angelegt wird, verwenden Sie einen Glasspatel, um die Basis und das Härter aus einem Silikonelastomer-Kit im Verhältnis 10 zu eins für 10 bis 15 Minuten zu mischen. Entfernen Sie am Ende der Austrocknung das Wiegeboot vom Exikkator und den Abstandhaltern unter der Silikon-Masterform und bedecken Sie dann die Masterform vorsichtig mit einer zwei bis drei Millimeter langen Schicht des frisch zubereiteten PDMS.Um das PDMS nach dem Öffnen des Exsikkatorventils zu entgasen, saugen Sie das Vakuum für weitere 20 Minuten an oder bis die Blasen verschwinden. Am Ende der zweiten Austrocknungsperiode das Gericht auf eine 80 Grad Celsius heiße Platte geben. Verwenden Sie nach zwei Stunden ein Skalpell, um die Kanten des ausgehärteten PDMS in der Kunststoff-Petrischale zu trimmen, und verwenden Sie eine Pinzette, um die PDMS-Form vorsichtig aus der Silikon-Masterform zu entfernen.Verwenden Sie für den FOTOLACK-UV-Nanoimprinting einen Ritzer, um einen 2,5 x 2,5 Zentimeter großen Siliziumchip aus dem Siliziumwafer zu spalten, ihn mit RCA-1-Lösung gemäß den im Protokoll beschriebenen Schritten zu reinigen und dann den sauberen Chip in einem Spin coater auf das Vakuumfutter zu legen. Stellen Sie die Schleuderbeschichtungsparameter wie angegeben ein, um eine 20 Mikrometer dicke Schicht Fotolack auf den Chip aufzutragen, und drücken Sie VAC ON, um Vakuum auf das System aufzubringen. Gießen Sie 1,5 Milliliter SU-8 2015 Fotolack auf die Mitte des Chips und schließen Sie den Deckel des Spin Coaters.Drücken Sie dann Start, um den Spin zu starten. Drücken Sie am Ende der Drehung VAC OFF, um das Vakuum auszuschalten, und verwenden Sie eine Pinzette, um den mit Fotolack beschichteten Chip zu entfernen. Legen Sie die PDMS-Form vorsichtig mit der Seite nach unten auf das mit Fotolack beschichtete Silizium-Chipmuster und drücken Sie die Form manuell in den Chip.Legen Sie eine transparente UV-Glasplatte auf das PDMS, um 15 Gramm pro Quadratzentimeter Druck auf die Form und den Chip auszuüben, und setzen Sie den Aufbau zwei Stunden lang sechs Watt UV-Licht aus. Am Ende der Bestrahlungsdauer entfernen Sie mit einer Pinzette langsam die Form vom Chip in Richtung parallel zur Richtung des ausgehärteten Fotolackmusters. Um eine 250 Nanometer dicke Gold/Silber-Legierungsschicht auf dem Chip abzuscheiden, lagern Sie zunächst eine 20 Nanometer dicke Schicht Chrom und eine 50 Nanometer dicke Goldschicht ab, wie im Textprotokoll beschrieben.Klicken Sie anschließend auf GUN 1 ÖFFNEN, um den Verschluss der goldenen und silbernen Pistole zu öffnen. Stellen Sie die Verarbeitungszeit auf 16,5 Minuten und den DC-Sollwert auf 58 und den HF-Sollwert auf 150 ein. Klicken Sie auf Rotation, und stellen Sie den Argondurchfluss auf 50 Standardkubikzentimeter pro Minute ein.Klicken Sie auf Argon, Gleichstromversorgung und HF-Versorgung. Wenn das Signal ein Plateau erreicht, stellen Sie die Argonsteuerung auf fünf ein. Klicken Sie auf In Null dicke starten, um den Kristalldickenmonitor zu starten bzw. die Dicke zu zerreißen.Klicken Sie auf Zeitgesteuerter Prozess, um den zeitgesteuerten Prozess zu starten, und klicken Sie auf PLATEN SHUTTER Solid, um den Plattenverschluss zu öffnen. Klicken Sie erneut auf Dicke Null. Wenn das Sputtern beendet ist, klicken Sie auf Solid , um den Platten-Feststoffverschluss zu schließen, und drücken Sie Drücken Sie auf Entlüftung, um die Magnetron-Sputterkammer zu entlüften.Um den mit Silber/Goldlegierung beschichteten Mac-Druckstempel zu delegieren, mischen Sie zunächst deionisiertes Wasser und Salpetersäure im Verhältnis eins zu eins in einem Glasbecher und legen Sie das Becherglas auf eine rührende Heizplatte. Tauchen Sie einen perforierten PTFE-Probenhalter in die Mischung und erhitzen Sie die Lösung unter ständigem Rühren bei 100 Umdrehungen pro Minute auf bis zu 65 Grad Celsius. Wenn die Lösung die Zieltemperatur erreicht hat, legen Sie den gemusterten Gold/Silber-Legierungs-beschichteten Mac-Druckstempel für zwei bis 20 Minuten in den Halter.Nach dem Entlegieren den Mac-Abdruckstempel in bei Raumtemperatur entionisiertem Wasser für eine Minute abschrecken. Um die Ausrichtung von Stempel auf Substrat durchzuführen, platzieren Sie den Stempel nach unten auf dem Siliziumchip in der elektrochemischen Zelle und fügen Sie einen Tropfen SU-8 auf der Rückseite des Stempels hinzu. Bringen Sie den PTFE-Stab in Kontakt mit SU-8 und härten Sie ihn bei trockenen Bedingungen unter UV-Licht für zwei Stunden aus.Der Kontakt ist etwa 86 Millimeter von der Heimatposition entfernt. Um einen Mac-Prägevorgang durchzuführen, reinigen Sie den gemusterten Siliziumchip mit RCA-Lösung gemäß den im Protokoll beschriebenen Schritten und legen Sie ihn dann in die Mitte einer elektrochemischen Zelle und positionieren Sie die Zelle unter einem PTFE-Stab mit dem Mac-Abdruckstempel. Mischen Sie die Ätzlösung aus Flusssäure und Wasserstoffperoxid im Verhältnis 17 zu eins in einem PTFE-Becherglas.Verwenden Sie nach fünf Minuten eine Kunststoffpipette, um die Ätzlösung in die elektrochemische Zelle zu geben. Um den Mac-Druckstempel in Kontakt mit dem Musterchip zu positionieren, bringen Sie den Stempel um etwa 86 Millimeter nach unten und bewegen Sie den Stempel dann von der Kontaktposition um etwa 300 bis 1.000 Mikrometer nach unten, um die gewünschte Kontaktkraft zu erreichen. Halten Sie den Mac-Imprint-Stempel von einer bis zu 30 Minuten in Kontakt mit dem Chip, bevor Sie auf Home klicken, um die Stange in die Ausgangsposition zurückzubringen.Verwenden Sie eine Pipette, um die Ätzlösung vorsichtig aus der Zelle abzusaugen und den aufgedruckten Siliziumchip mit Isopropylalkohol und entionisiertem Wasser abzuspülen. Trocknen Sie dann den Chip mit sauberer, trockener Luft. Rasterelektronenmikroskopische Aufnahmen können erhalten werden, um die morphologischen Eigenschaften der vergoldeten Mac-Imprint-Stempel und der daraus resultierenden aufgedruckten Siliziumoberflächen zu untersuchen.In dieser repräsentativen Analyse wurde das durch Atomkraftscan erhaltene Querschnittsprofil des aufgedruckten festen Siliziums mit dem des verwendeten porösen Goldstempels verglichen. Mustertransfertreue und poröse Siliziumerzeugung während des Mac-Imprints waren zwei Hauptkriterien, um den experimentellen Erfolg zu analysieren. Der Mac-Abdruck wurde als erfolgreich angesehen, wenn das Stempelmuster genau auf das Silizium übertragen wurde und während des Mac-Abdrucks kein poröses Silizium erzeugt wurde.Hier können die Ergebnisse eines suboptimalen Experiments beobachtet werden, bei dem während des Mac-Imprints eine fehlende Musterübertragungstreue und eine poröse Siliziumerzeugung auftraten. Es ist wichtig, sich daran zu erinnern, dass der Mac-Abdruck von Silizium Flusssäure enthält, die eine lebensbedrohliche Substanz ist und die Einhaltung eines Sicherheitsprotokolls und das Tragen geeigneter persönlicher Schutzausrüstung von größter Bedeutung sind. Sobald Sie Stempel verwenden, die mit porösem Gold beschichtet sind, um den Massentransport zu erleichtern.Nach diesem Verfahren könnte die Zusammensetzung der Ätzlösung oder die Kontaktkraft variiert werden, um die Kinetik des Prozesses oder die Haltbarkeit des Stempels zu untersuchen.

metal-assisted-electrochemical-nanoimprinting-porous-solid-silicon

Research

Forschung

JoVE Journal

Engineering

Ingenieurwesen

Hier beschreiben wir eine einfache Methode zur Strukturierung oxidfreie Silizium und Germanium mit reaktiven organischen Monoschichten und demonstrieren Funktionalisierung der strukturierten Substraten mit kleinen Molekülen und Proteinen. Der Ansatz vollständig schützt Oberflächen durch chemische Oxidation, ermöglicht eine präzise Kontrolle über Funktion Morphologie und bietet leichten Zugang zu chemisch diskriminiert Muster.

Soft-Lithographie Funktionalisierung und Strukturierung Oxydfreie Silizium und Germanium

Wir beschreiben eine nanomoulding Technik, die Low-Cost-nanoskalige Strukturierung funktionaler Materialien, Materialien Stacks und voller Geräten ermöglicht. Nanomoulding kann auf jedem Nanoimprinting Setup durchgeführt werden und kann auf eine Vielzahl von Materialien und Abscheidungsverfahren aufgebracht werden.

Nanomoulding von Functional Materials, ein vielseitiges Complementary Pattern Replication Methode zur Nanoimprinting

Dieses Protokoll beschreibt die Verwendung von Mikro Siliziumcantilevern biegsam Kulturoberflächen zur Messung der Kontraktionskraft der Muskelzellen in vitro. Zellkontraktion bewirkt Cantilever Biege, die gemessen werden können, aufgezeichnet und umgerechnet in die Messwerte von Kraft und bietet eine nicht-invasive und skalierbaren System zur Messung Kontraktionsfunktion in vitro.

Nutzung von Microscale Siliziumcantilevern to Cellular Kontraktionsfähigkeit beurteilen In-vitro-

Dieses Papier stellt eine 3D-additive Mikrofertigung Strategie (sog. "Mikromauerwerk ') für die flexible Fertigung von mikroelektromechanisches System (MEMS)-Strukturen und Geräte. Dieser Ansatz beinhaltet Transferdruck-basierte Montage von Mikro / nanoskaligen Materialien in Verbindung mit Rapid Thermal Annealing-fähigen Material Verbindungstechniken.

Micro-Mauerwerk für 3D-Additive Mikroproduktion

Eine praktikable Transferdruck-basierte Methode zur Einführung plasmonischer Metallnanostrukturen in Solarzellen wird beschrieben.  Unter Verwendung von Nanosäulen-Poly(dimethylsiloxan)-Stempeln wurde ein Ag-basiertes geordnetes Nanodisk-Array in standardmäßige hydrierte mikrokristalline Si-Solarzellen integriert, was zu einer verbesserten Geräteleistung aufgrund des plasmonischen Lichteinfangs führte.

Integration of Light Trapping Silber-Nanostrukturen in Hydrogenated Microcrystalline Silicon Solar Cells durch Transferdruck

Wir zeigen, eine mikrofluidische Plattform mit einem Elektrodennetz integriert Oberfläche, die resistive Pulserfassungs kombiniert (RPS) mit Codemultiplex-Vielfachzugriff (CDMA), Auffinden und Ausmessen von Partikeln in mehrere mikrofluidische Kanäle zu multiplexen.

Mikrofluidik-Plattform mit Multiplexed elektronische Sensoren für Raumverfolgung von Partikeln

Dieser Bericht beschreibt eine einfache, leicht durchzuführende Technik, die Niederdruckvakuum verwendet, um mikrofluidische Kanäle mit Zellen und Substraten für die biologische Forschung zu füllen.

Eine vielseitige Methode von Patterning Proteinen und Zellen

Die Isolierung von elektrischen und thermischen Effekten auf die elektrisch unterstützte Deformation (EAD) ist mit makroskopischen Proben sehr schwierig. Metallische Proben-Mikro- und Nanostrukturen zusammen mit einem kundenspezifischen Testverfahren wurden entwickelt, um die Auswirkungen des angewandten Stroms auf die Bildung ohne Joule-Erwärmung und Evolution von Versetzungen auf diesen Proben zu bewerten.

Eine neuartige Methode für<em&gt; In Situ</em&gt; Elektromechanische Charakterisierung von nanoskaligen Proben

Wir zeigen die Synthese von Fusogenic poröses Silizium-Nanopartikeln für effektive in vitro und in vivo Oligonukleotid-Lieferung. Poröses Silizium-Nanopartikeln sind beladen mit SiRNA den Kern bilden die durch Fusogenic Lipide durch Extrusion die Shell zu bilden beschichtet ist. Targeting glyko-Funktionalisierung und Partikelcharakterisierung sind im Preis inbegriffen.

Synthese, Funktionalisierung und Charakterisierung von Fusogenic poröses Silizium-Nanopartikeln für Oligonukleotid-Lieferung

Diese Arbeit präsentiert Mikrofabrikationsprotokolle zur Erzielung von Hohlräumen und Säulen mit reentranten und doppelt reentranten Profilen auf SiO2/Si-Wafern mittels Photolithographie und Trockenätzung. Die resultierenden mikrotexturierten Oberflächen zeigen eine bemerkenswerte Flüssigkeitsabstoßung, die sich trotz der intrinsischen Benetzbarkeit von Kieselsäure durch eine robuste Langzeiteinschlussvon Luft unter Benetzungsflüssigkeiten auszeichnet.

Rendern von SiO2/Si Oberflächen Omniphobic durch Schnitzen von Gas-Entrapping Mikrotexturen bestehend reentrant und doppelt reentrant Hohlräume oder Säulen

Hier wird ein schrittweises Protokoll zur Realisierung von Gas-Entrapping-Membranen (GEMs) von SiO2/Si-Wafern mit integrierter Schaltungs-Mikrofabricationstechnologie vorgestellt. Wenn Kieselsäure-GEMs in Wasser getaucht werden, wird das Eindringen von Wasser trotz der wasserliebenden Zusammensetzung von Kieselsäure verhindert.

Proof-of-Concept für Gas-Entrapping Membranen abgeleitet von wasserliebenden SiO2/Si/SiO2 Wafern für grüne Entsalzung

Lernen Sie die metallgestützte elektrochemische Nanoimprintierung zur Herstellung dreidimensionaler Mikrostrukturen mit Sub-100-nm-Auflösung in Siliziumwafern. Diese Methode ermöglicht präzise Muster für optische Biosensoren und infrarote Geräte.

Metallgestützte elektrochemische Nanoimprintierung von porösen und festen Siliziumwafern

Weitere Videos entdecken