Name: Nanoimpresión electroquímica asistida por metal de obleas de silicio poroso y sólido (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2022-02-08T12:30:00.000+00:00
Duration: 9 min 18 s
Description: Aprende el método de nanoimpresión electroquímica asistida por metal para crear microestructuras 3D en obleas de silicio con resolución sub-100 nm. Esta técnica avanza el desarrollo de dispositivos ópticos avanzados.

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Agradecemos al Dr. Keng Hsu (Universidad de Louisville) por sus ideas sobre este trabajo; el Laboratorio Frederick Seitz de la Universidad de Illinois y, in memoriam, el miembro del personal Scott Maclaren; Centro LeRoy Eyring para la Ciencia del Estado Sólido de la Universidad Estatal de Arizona; y la Science Foundation Arizona bajo el 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>

No tenemos nada que revelar.

Los sellos Mac-Imprint y los chips Si premodelados (tipo p, orientación [100], 1-10 Ohm∙cm) se prepararon de acuerdo con las secciones 1 y 2 del protocolo, respectivamente. El Mac-Imprint del chip Si premodelado con sellos que contienen patrones jerárquicos 3D se realizó de acuerdo con la sección 3 del protocolo (Figura 9). Como se muestra en la Figura 9a, se aplicaron diferentes configuraciones de Mac-Imprint: Si sólido con Au sólido (izquierda...

El modelado tridimensional a micro y nanoescala y la texturización de semiconductores permiten numerosas aplicaciones en diversas áreas, como optoelectrónica1,2, fotónica3, superficies antirreflectantes4, superficies súper hidrofóbicas y autolimpiantes5,6 entre otras. La creación de prototipos y la producción en masa de patrones 3D y jerárquicos se han logrado con éxito para películas poliméricas mediante litografía suave y litografía de nanoimpresión con resolución inferior a 20 nm. Sin embargo, la transferencia de tales patrones poliméricos 3D a Si requiere la selectividad de grabado de un patrón de máscara durante el grabado de iones reactivos y, por lo tanto, limita la relación de aspecto e induce distorsiones de forma y rugosidad de la superficie debido a los efectos de festoneo7,8.
Se ha logrado un nuevo método llamado Mac-Imprint para el modelado paralelo y directo de obleas de Si porosas9 y sólidas10,11, así como de obleas GaAs sólidas12,13,14. Mac-Imprint es una técnica de grabado húmedo basada en contacto que requiere el contacto entre el sustrato y un sello recubierto de metal noble que posee características 3D en presencia de una solución de grabado (ES) compuesta de HF y un oxidante (por ejemplo, H2O2 en el caso de Si Mac-Imprint). Durante el grabado, se producen dos reacciones simultáneamente15,16: una reacción catódica (es decir, la reducción de H2O2 en el metal noble, durante la cual se generan portadores de carga positiva [agujeros] y posteriormente se inyectan en Si17) y una reacción anódica (es decir, disolución de Si, durante la cual se consumen los agujeros). Después de un tiempo suficiente en contacto, las características 3D del sello se graban en la oblea Si. Mac-Imprint tiene numerosas ventajas sobre los métodos litográficos convencionales, como el alto rendimiento, la compatibilidad con plataformas roll-to-plate y roll-to-roll, semiconductores amorfos, monocristalinos de Si y III-V. Los sellos Mac-Imprint se pueden reutilizar varias veces. Además, el método puede ofrecer una resolución de grabado inferior a 20 nm que es compatible con los métodos de escritura directa contemporáneos.
La clave para lograr una impresión de alta fidelidad es la vía de difusión hacia el frente de grabado (es decir, la interfaz de contacto entre el catalizador y el sustrato). El trabajo de Azeredo et al.9 demostró por primera vez que la difusión de ES se habilita a través de una red porosa de Si. Torralba et al.18, reportaron que para realizar Si Mac-Imprint sólido la difusión ES es habilitada a través de un catalizador poroso. Bastide et al.19 y Sharstniou et al.20 investigaron más a fondo la influencia de la porosidad catalítica en la difusión de ES. Por lo tanto, el concepto de Mac-Imprint se ha probado en tres configuraciones con distintas vías de difusión.
En la primera configuración, el catalizador y el sustrato son sólidos, sin proporcionar una vía de difusión inicial. La falta de difusión del reactivo conduce a una reacción secundaria durante la impresión que forma una capa de Si poroso en el sustrato alrededor del borde de la interfaz catalizador-Si. Los reactivos se agotan posteriormente y la reacción se detiene, lo que resulta en una fidelidad de transferencia de patrón no discernible entre el sello y el sustrato. En la segunda y tercera configuraciones, las vías de difusión se habilitan a través de redes porosas introducidas en el sustrato (es decir, Si poroso) o en el catalizador (es decir, oro poroso) y se alcanza una alta precisión de transferencia de patrones. Por lo tanto, el transporte masivo a través de materiales porosos desempeña un papel fundamental para permitir la difusión de reactivos y productos de reacción hacia y fuera de la interfaz de contacto9,18,19,20. En la Figura 1 se muestra un esquema de las tres configuraciones.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61040/61040fig1.jpg"> Figura 1: Esquemas de configuraciones de Mac-Imprint. Esta figura destaca el papel de los materiales porosos para permitir la difusión de especies que reaccionan a través del sustrato (es decir, el caso II: Si poroso) o en el sello (es decir, el caso III: película delgada del catalizador hecha de oro poroso). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61040/61040fig1large.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a>
En este documento, se discute a fondo el proceso de Mac-Imprint, incluida la preparación de sellos y el pretratamiento del sustrato junto con el propio Mac-Imprint. La sección de pretratamiento de sustrato dentro del protocolo incluye limpieza de obleas de Si y patrones de obleas de Si con grabado en seco y anodización de sustrato (opcional). Además, una sección de preparación de sellos se subdivide en varios procedimientos: 1) moldeo de réplica PDMS del molde maestro Si; 2) nanoimpresión UV de una capa fotorresistente para transferir el patrón PDMS; y 3) deposición catalítica de la capa a través de la pulverización del magnetrón seguida de la desasignación (opcional). Finalmente, en la sección Mac-Imprint se presenta la configuración de Mac-Imprint junto con los resultados de Mac-Imprint (es decir, patrones jerárquicos 3D de superficie Si).

<table><tbody><tr><td>Acetona, >99,5%, reactivo ACS</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>67-64-1</td><td>PRECAUCIÓN, químico</td></tr><tr><td>Fluoruro de amonio, >98%, grado ACS</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>12125-01-8</td><td>PRECAUCIÓN, peligroso</td></tr><tr><td>Solución de hidróxido de amonio, 28-30%, reactivo ACS</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>1336-21-6</td><td>PRECAUCIÓN, peligroso</td></tr><tr><td>Revelador AZ 400K</td><td>Microquímicos</td><td>AZ 400K</td><td>PRECAUCIÓN, químico</td></tr><tr><td>BenchMark 800 Etch</td><td>Axic</td><td>BenchMark 800</td><td>Grabado iónico reactivo</td></tr><tr><td>Objetivo de cromo, 2" x 0,125", 99,95% de pureza</td><td>Aleaciones ACI</td><td>ADM0913</td><td>Pulverización catódica de magnetrón Objetivo de cromo</td></tr><tr><td>CTF 12</td><td>Carbolite Gero</td><td>C12075-700-208SN</td><td>Desecador de horno tubular</td></tr><tr><td></td><td>Fisher Chemglass científico Ciencias de la vida</td><td>CG122611</td><td></td></tr><tr><td>F6T5/BLB</td><td>Eiko</td><td>F6T5/BLB 6W</td><td>Bombilla UV</td></tr><tr><td>Objetivo de oro, 2" x 0,125", 99,99% de pureza</td><td>Aleaciones ACI</td><td>N/A</td><td>Objetivo de oro por pulverización catódica de magnetrón</td></tr><tr><td>Placa calefactora KW-4AH</td><td>Tecnología Chemat</td><td>KW-4AH</td><td>Placa calefactora nivelada con perfil de temperatura uniforme</td></tr><tr><td>Ácido fluorhídrico, 48%, reactivo ACS</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>7664-39-3</td><td>PRECAUCIÓN, extremadamente peligroso</td></tr><tr><td>Peróxido de hidrógeno, 30%, reactivo ACS</td><td>Fisher Chemical</td><td>7722-84-1</td><td>PRECAUCIÓN, peligroso</td></tr><tr><td>Alcohol isopropílico, >99,5%, reactivo ACS</td><td>LabChem</td><td>67-63-0</td><td>PRECAUCIÓN, químico</td></tr><tr><td>MLP-50</td><td>Técnicas de transductor</td><td>MLP-50</td><td>Célula de carga</td></tr><tr><td>Ácido nítrico, 70%, grado ACS</td><td>SAFC</td><td>7697-37-2</td><td>PRECAUCIÓN, peligroso</td></tr><tr><td>NSC-3000</td><td>Nano-master</td><td>NSC-3000</td><td>Pulverización catódica de magnetrón</td></tr><tr><td>Hidróxido de potasio, 45%, certificado</td><td>Fisher Chemical</td><td>1310-58-3</td><td>PRECAUCIÓN, químico</td></tr><tr><td>Bomba de vacío Rocker 800, 110V/60Hz</td><td>Balancín</td><td>1240043</td><td>Bomba de vacío exenta de</td></tr><tr><td>aceite Molde maestro de silicio</td><td>NILT</td><td>SMLA_V1</td><td>Chip de silicio con patrón</td></tr><tr><td>Obleas de silicona, oblea universitaria de primera calidad</td><td>783</td><td></td><td>Oblea de Si</td></tr><tr><td>Objetivo de plata, 2" x 0.125", 99.99% de pureza</td><td>Aleaciones ACI</td><td>HER2318</td><td>Magnetrón Pulverización catódica Objetivo de plata</td></tr><tr><td>SP-300</td><td>BioLogic</td><td>SP-300</td><td>Potenciostato</td></tr><tr><td>SPIN 150i Spincoating SPIN 150i</td><td></td><td>Recubridor</td><td></td></tr> giratorio <tr><td>SPR 200-7.0 fotorresistente positivo</td><td>Microchem</td><td>SPR 220-7.0</td><td>PRECAUCIÓN, químico</td></tr><tr><td>Agitación placa calefactora</td><td>Thermo scientific Cimarec+</td><td>SP88857100</td><td>placa calefactora de uso general</td></tr><tr><td>SU-8 2015 fotorresistente negativo</td><td>Microchem</td><td>SU-8 2015</td><td>ATENCIÓN, químico</td></tr><tr><td>SYLGARD 184 Kit de elastómero de silicona</td><td>DOW</td><td>4019862</td><td>PRECAUCIÓN, químico</td></tr><tr><td>T-LSR150B</td><td>Zaber Technologies</td><td>T-LSR150B-KT04U</td><td>Etapa lineal motorizada</td></tr><tr><td>Tricloro(1H,1H,2H, 2H-perfluorooctil)silano (PFOCS), 97%</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>78560-45-9</td><td>PRECAUCIÓN, peligroso</td></tr></tbody></table>

nanoimpresión electroquímica asistida por metal de obleas de silicio poroso y sólido

Metal-Assisted Electrochemical Nanoimprinting of Porous and Solid Silicon Wafers

La impresión electroquímica asistida por metal (Mac-Imprint) es una combinación de grabado químico asistido por metal (MACE) y litografía de nanoimpresión que es capaz de modelar directamente características 3D a micro y nanoescala en semiconductores monocristalinos de grupo IV (por ejemplo, Si) y III-V (por ejemplo, GaAs) sin la necesidad de plantillas de sacrificio y pasos litográficos. Durante este proceso, un sello reutilizable recubierto con un catalizador de metal noble se pone en contacto con una oblea de Si en presencia de una mezcla de ácido fluorhídrico (HF) y peróxido de hidrógeno (H2O2), lo que conduce al grabado selectivo de Si en la interfaz de contacto metal-semiconductor. En este protocolo, discutimos los métodos de preparación de sellos y sustratos aplicados en dos configuraciones Mac-Imprint: (1) Porous Si Mac-Imprint con un catalizador sólido; y (2) Solid Si Mac-Imprint con un catalizador poroso. Este proceso es de alto rendimiento y es capaz de patrones paralelos a escala de centímetros con resolución inferior a 20 nm. También proporciona baja densidad de defectos y patrones de área grande en una sola operación y evita la necesidad de grabado en seco, como el grabado de iones reactivos profundos (DRIE).

Se obtuvieron imágenes de microscopio electrónico de barrido (SEM), escaneos de microscopio óptico (Figura 9) y escaneos de microscopía de fuerza atómica (AFM) (Figura 10) para estudiar las propiedades morfológicas de los sellos Mac-Imprint y las superficies de Si impresas. El perfil transversal del Si sólido impreso se comparó con el del sello Au poroso utilizado (Figura 10). La fidelidad de transfe...

Se presenta un protocolo para la impresión química asistida por metal de características de microescala 3D con una precisión de forma inferior a 20 nm en obleas de silicio sólido y poroso.

Nanoimpresión electroquímica asistida por metal de obleas de silicio poroso y sólido

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

Nuestro protocolo proporciona un nuevo método de modelado para el silicio que permite la creación de microestructuras jerárquicas tridimensionales que permiten el diseño de elementos microópticos basados en metasuperficies y tecnologías de guía de onda. Este protocolo permite la replicación de estructuras 3D de moldes poliméricos y duros en obleas de silicio monocristalino y poroso en un solo paso. Y al mismo tiempo, proporcionando resoluciones inferiores a 100 nanómetros en las tres direcciones.El silicio poroso y el silicio en sí mismo son excelentes materiales para fabricar biosensores ópticos y dispositivos ópticos infrarrojos. Sin embargo, esperamos que esta técnica se expanda a los semiconductores del grupo III-V e incluso más allá. El estampado en la punta del sustrato y la alineación de la inclinación es extremadamente importante para una impresión uniforme de Mac.Siguiendo este protocolo, la alineación se puede realizar montando sello en el soporte mientras está en contacto con el sustrato. Para preparar un sello para la impresión mac, primero limpie el molde maestro de silicio utilizando la solución RCA-1 de acuerdo con los pasos descritos en el protocolo y luego coloque un molde maestro de silicio limpio en una placa de Petri de plástico dentro de un desecador. Use una pipeta de plástico para agregar unas gotas de PFOCS a un bote de pesaje de plástico y coloque el bote de pesaje al lado del plato con el molde maestro.Encienda la bomba de vacío, abra la válvula del desecador y aplique vacío durante 30 minutos. Mientras se aplica el vacío, use una espátula de vidrio para mezclar la base y el agente de curado de un kit de elastómero de silicio en una proporción de 10 a uno durante 10 a 15 minutos. Al final de la desecación, retire el bote de pesaje del desecador y los espaciadores de debajo del molde maestro de silicio, luego cubra cuidadosamente el molde maestro con una capa de dos a tres milímetros del PDMS recién preparado.Para desgasificar el PDMS después de abrir la válvula desecadora, aplique vacío durante 20 minutos adicionales o hasta que las burbujas desaparezcan. Al final del segundo período de desecación, transfiera el plato a una placa caliente de 80 grados centígrados. Después de dos horas, use un bisturí para recortar los bordes del PDMS curado dentro de la placa de Petri de plástico y use pinzas para quitar cuidadosamente el molde PDMS del molde maestro de silicio.Para la nanoimpresión UV fotorresistente, use un escribar para separar un chip de silicio de 2.5 por 2.5 centímetros de la oblea de silicio, limpiándolo con una solución RCA-1 de acuerdo con los pasos descritos en el protocolo y luego coloque el chip limpio en el mandril de vacío en un recubrimiento de centrifugado. Ajuste los parámetros de recubrimiento de centrifugado como se indica para aplicar una capa de fotorresistente de 20 micrómetros de espesor sobre el chip y presione VAC ON para aplicar vacío al sistema. Vierta 1,5 mililitros de fotorresistencia SU-8 2015 en el centro del chip y cierre la tapa del revestimiento giratorio.A continuación, pulse Inicio para iniciar el giro. Al final del centrifugado, presione VAC OFF para apagar la aspiradora y use pinzas para quitar el chip recubierto de fotorresistencia. Coloque cuidadosamente el molde PDMS sobre el patrón de chip de silicio recubierto de fotorresistencia de lado hacia abajo y presione manualmente el molde en el chip.Coloque una placa de vidrio transparente UV en la parte superior del PDMS para aplicar 15 gramos por centímetro cuadrado de presión al molde y al chip y exponga la configuración a seis vatios de luz UV durante dos horas. Al final del período de irradiación, use pinzas para eliminar lentamente el molde del chip en la dirección paralela a la dirección del patrón fotorresistente curado. Para depositar una capa de aleación de oro / plata de 250 nanómetros de espesor en el chip, primero deposite una capa de cromo de 20 nanómetros de espesor y una capa de oro de 50 nanómetros de espesor como se describe en el protocolo de texto.A continuación, haga clic en GUN 1 OPEN para abrir el obturador de la pistola dorada y plateada. Establezca el tiempo de procesamiento en 16,5 minutos y establezca el punto de ajuste de CC en 58 y el punto de ajuste de RF en 150. Haga clic en Rotación y establezca el caudal de argón en 50 centímetros cúbicos estándar por minuto.Haga clic en Argón, Suministro de CC y Suministro de RF. Cuando la señal se estanque, ajuste el control de argón a cinco. Haga clic en Inicio en espesor cero para iniciar el monitor de espesor de cristal y rasgar el grosor respectivamente.Haga clic en Proceso temporizado para iniciar el proceso controlado en el tiempo y haga clic en PLATEN SHUTTER Solid para abrir el obturador de la placa. Haga clic de nuevo en espesor cero. Cuando finalice la pulverización, haga clic en Sólido para cerrar el obturador sólido de la placa y presione Presionar para ventilar para ventilar la cámara de pulverización del magnetrón.Para desalear el sello de impresión Mac recubierto de aleación de plata / oro, primero mezcle agua desionizada y ácido nítrico en una proporción de uno a uno en un vaso de precipitados de vidrio y coloque el vaso de precipitados en una placa caliente de agitación. Sumerja un portamuestras de PTFE perforado en la mezcla y caliente la solución hasta 65 grados centígrados con agitación constante a 100 revoluciones por minuto. Cuando la solución haya alcanzado la temperatura objetivo, coloque el sello de impresión Mac recubierto de aleación de oro / plata estampado en el soporte durante dos a 20 minutos.Después de la desaleación, apague el sello de impresión mac en agua desionizada a temperatura ambiente durante un minuto. Para realizar la alineación del sello al sustrato, coloque el sello boca abajo en la parte superior del chip de silicio en la celda electroquímica, agregue una gota de SU-8 en la parte posterior del sello. Ponga la varilla de PTFE en contacto con su-8 y cúbrala en su lugar en condiciones secas bajo luz UV durante dos horas.El contacto está a unos 86 milímetros de la posición de inicio. Para realizar una operación de impresión de Mac, limpie el chip de silicio con patrones utilizando una solución RCA de acuerdo con los pasos descritos en el protocolo y luego colóquelo en el centro de una celda electroquímica y coloque la celda debajo de una varilla de PTFE con el sello de impresión de Mac. Mezcle la solución de grabado de ácido fluorhídrico y peróxido de hidrógeno en una proporción de 17 a uno dentro de un vaso de precipitados de PTFE.Después de cinco minutos, use una pipeta de plástico para agregar la solución de grabado a la celda electroquímica. Para colocar el sello de impresión mac en contacto con el chip de patrón, baje el sello unos 86 milímetros y luego mueva el sello hacia abajo desde la posición de contacto en aproximadamente 300 a 1, 000 micrómetros para lograr la fuerza de contacto deseada. Mantenga el sello de impresión de Mac en contacto con el chip de uno a 30 minutos antes de hacer clic en Inicio para devolver la varilla a la posición de inicio.Use una pipeta para aspirar cuidadosamente la solución de grabado de la célula y enjuague el chip de silicio impreso con alcohol isopropílico y agua desionizada. Luego seque el chip con aire limpio y seco. Se pueden obtener imágenes de microscopio electrónico de barrido para estudiar las propiedades morfológicas de los sellos de impresión Mac recubiertos de oro y las superficies de silicio impresas resultantes.En este análisis representativo, el perfil transversal del silicio sólido impreso obtenido por escaneo de fuerza atómica se comparó con el del sello de oro poroso utilizado. La fidelidad de transferencia de patrones y la generación de silicio poroso durante la impresión de Mac fueron dos criterios principales para analizar el éxito experimental. La impresión de Mac se consideró exitosa si el patrón de sello se transfirió con precisión al silicio y no se generó silicio poroso durante la impresión de Mac.Aquí, se pueden observar los resultados de un experimento subóptimo en el que se produjo una falta de fidelidad de transferencia de patrones y una generación de silicio poroso durante la impresión de Mac. Es importante recordar que la huella Mac del silicio implica ácido fluorhídrico, que es una sustancia potencialmente mortal y seguir un protocolo de seguridad y usar el equipo de protección personal adecuado es primordial. Una vez que utilice sellos recubiertos de oro poroso para facilitar el transporte masivo.Siguiendo este procedimiento, la composición de la solución de grabado o la fuerza de contacto podrían variarse para estudiar la cinética del proceso o la durabilidad del sello.

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Ingeniería

A continuación se describe un método sencillo para modelar funcionalización libres de óxido de silicio y germanio con reactivos orgánicos monocapas y demostrar de los sustratos con dibujos de pequeñas moléculas y proteínas. El enfoque completamente protege las superficies de oxidación química, proporciona un control preciso sobre la morfología característica, y proporciona acceso rápido a los patrones discriminar químicamente.

Funcionalización suaves litográfica y Patrones libre de óxido de silicio y el germanio

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El aislamiento de los efectos eléctricos y térmicos sobre la deformación asistida eléctricamente (EAD) es muy difícil utilizando muestras macroscópicas. Se han desarrollado micro y nanoestructuras de muestras metálicas junto con un procedimiento de prueba personalizado para evaluar el impacto de la corriente aplicada sobre la formación sin calentamiento de joule y la evolución de las dislocaciones en estas muestras.

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Renderización de superficies SiO2/Si omnifóbicas por el tallado microtexturas que atrapan el gas que comprende cavidades o pilares reentrantes y doblemente reentrantes

Aquí se presenta un protocolo escalonado para la realización de membranas que atrapan gas (GEM) de siO2/Si utilizando tecnología de microfabricación de circuitos integrados. Cuando los FMde de sílice se sumergen en el agua, se evita la intrusión de agua, a pesar de la composición amante del agua de sílice.

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