Fabrication nanogaps par Nanoskiving

La fabrication des adressable électriquement, à rapport de côté élevé (> 1000:1) nanofils métalliques séparées par des intervalles de nanomètres en utilisant soit des simples couches sacrificielles de l'aluminium et de l'argent ou de monocouches auto-assemblées sous forme de modèles est décrite. Ces structures de nanogap sont fabriqués sans une salle blanche ou tous les processus lithographiques photo ou faisceau d'électrons par une forme de lithographie de pointe appelée nanoskiving.

L’objectif global de cette procédure est de fabriquer des électrodes à nano-gap à rapport d’aspect élevé en utilisant le saut de nanos. Pour ce faire, il suffit d’abord de déposer une fine pellicule d’or sur une plaquette de silicium et de la transférer sur un substrat époxy. La deuxième étape consiste à former une monocouche auto-assemblée de thiols d’Alcan sur le film métallique.

Ensuite, une deuxième pellicule d’or est déposée. C’est compensé par rapport à la première. La dernière étape consiste à sectionner de fines tranches de la structure à l’aide d’un ultra microtome.

Le principal avantage de cette technique par rapport aux méthodes existantes telles que la photo ou les miliphotographies, est que des milliers d’électrodes nano-gap peuvent être fabriquées avec une résolution submétrique à la demande et positionnées sur n’importe quel substrat arbitraire sans l’utilisation d’une salle blanche ou de processus photolithographiques conventionnels. La forme et le rapport d’aspect des nano-espaces permettent de les traiter directement dans une probation sans aucune étape de fabrication intermédiaire, telle que la définition de chemins de contact. Pour commencer la fabrication d’une structure, commencez par une plaquette de silicium de trois pouces de qualité technique.

Traitez-le dans un nettoyeur plasma à air pendant 30 secondes. Ensuite, exposez-le à de la vapeur sinusoïdale perfluorée pendant une heure après l’exposition, utilisez un masque en téflon approprié à la longueur de fil souhaitée pour évaporer une couche d’or sur la plaquette prétraitée. L’épaisseur de la couche évaporée d’une centaine de nanomètres dans cette expérience définit la largeur du fil avec l’évaporation terminée, couvrez toute la plaquette avec environ 8,5 millilitres de prépolymère époxy

Placez la plaquette et l’époxy dans un four à 60 degrés Celsius pour durcir pendant trois heures après le durcissement, et avec l’échantillon à température ambiante, insérez le bord d’une lame de rasoir à l’interface entre la plaquette de silicium et l’époxy. Retirez délicatement la couche d’époxy de la plaquette de silicium afin que l’or reste attaché à l’époxy. Veillez à ne pas casser la plaquette de silicium pour obtenir des espaces inférieurs à cinq nanomètres.

Choisissez un diol Alcan approprié pour la largeur d’espace souhaitée. Préparez une solution d’un millimolaire d’Alcan YL dans de l’éthanol. Immergez l’or sur l’époxy dans cette solution monocouche auto-assemblée.

Placez le récipient dans une chambre fermée qui est purgée à l’azote. Laissez-le reposer toute la nuit. Après au moins huit heures, récupérez le récipient de la chambre fermée et retirez le substrat époxy doré de la solution monocouche auto-assemblée.

Rincez-le à l’éthanol et séchez-le à l’azote. Ensuite, séchez-le à 60 degrés Celsius pendant deux minutes. Des temps de séchage plus longs peuvent endommager la couche Sam.

Après séchage, replacez le masque en téflon sur le substrat époxy avec un décalage latéral d’environ 80 % de la dimension macroscopique plus courte des caractéristiques dorées pour évaporer une deuxième couche d’or à travers le masque dans cette expérience. L’épaisseur de la deuxième couche est la même que celle de la première couche, soit 100 nanomètres. Une fois l’évaporation terminée, retirez le masque en téflon.

En prenant soin de ne pas rayer les traits. Peignez l’ensemble du substrat dans 8,5 millilitres de prépolymère époxy. Placez-le dans un four à 60 degrés Celsius pour durcir pendant trois heures.

Une fois l’échantillon durci et refroidi, utilisez une scie de bijoutier pour découper les caractéristiques en morceaux de quatre millimètres sur 10 millimètres. Placez chacun dans un puits séparé dans un moule à microtome en polyéthylène. Ensuite, remplissez le moule avec du prépolymère époxy.

Enfin, placez-le dans un four à 60 degrés Celsius pour durcir pendant la nuit. Pour sectionner un échantillon, retirez un bloc du moule en polyéthylène et montez l’échantillon dans le porte-échantillon. Fixez le porte-échantillon à l’accessoire de coupe et montez-le dans l’ultra microtome.

Ensuite, nettoyez une lame de rasoir avec de l’éthanol. Inspectez la lame sous un stéréoscope pour vous assurer qu’il n’y a pas de fragments de métal. Utilisez le rasoir pour couper le bloc à la largeur du couteau diamanté.

De forme trapézoïdale, équipez l’ultra microtome d’un couteau en verre. Le couteau doit être aligné parallèlement au bord inférieur de la face du bloc. Commencez la prédécoupe pour définir une surface lisse sur la face supérieure du bloc.

Une fois que la fabrication d’une structure métallique est effectuée, remplacez le couteau en verre par un couteau diamanté. Encore une fois, alignez le couteau diamanté de manière à ce qu’il soit parallèle à la face inférieure du bloc. Dans cette vidéo, le bloc est sectionné à 100 nanomètres à raison d’un millimètre par seconde.

L’épaisseur de ces sections peut être vérifiée à l’aide de tableaux de référence des couleurs. Si des mesures électriques doivent être effectuées, placez un substrat de dioxyde de silicium sous l’eau dans le réservoir du couteau. Soulevez lentement le substrat pour recueillir les sections d’époxy contenant les structures à la surface de l’eau.

Séchez les sections à 60 degrés Celsius pendant trois heures pour améliorer leur adhérence au support. Les mesures électriques commencent par le montage des sections d’époxy nettoyées et séchées sous un microscope optique, les structures métalliques intégrées seront visibles soit sous forme de ligne noire, soit directement visibles. Dans le cas des structures en or plus épaisses, les contacts sont établis en appliquant des gouttes de pâte d’argent sur les deux extrémités des fils.

Dans chaque section montrée ici se trouvent des micrographies électroniques à balayage des espaces de trois structures nano différentes de lacunes, chacune préparée avec un ol différent. Ces images ont été prises après le déchargement. Les matières organiques avec plasma d’oxygène de haut en bas sont les espaces produits à l’aide d’un 12 do DECANE OL, d’un 14 tetra décane OL et d’un 16 HEXA decane OL.

Les écarts sont qualitativement plus grands à mesure que la longueur des molécules augmente. Tous les espaces sont inférieurs à la limite de résolution de quatre nanomètres de l’instrument. Le soutien quantitatif de l’augmentation de la taille de l’espace est observé dans la mesure logarithmique de la densité de courant en fonction de la tension pour chacune des structures de ce graphique, les carrés noirs représentent les données pour les dispositifs One 12 do DECANE HY.

Les triangles rouges sont pour les appareils de 14 décennies HY, et les cercles bleus sont pour les appareils de 16 décennies HEXA ALLY. L’encart montre le logarithme de la densité de courant à 500 millivolts en fonction de la longueur de la molécule AL utilisée pour créer l’espace. Le bon ajustement linéaire soutient l’attente d’une diminution exponentielle du courant avec l’augmentation de la longueur moléculaire et la pente est proportionnelle à d’autres mesures de l’effet tunnel à travers al Canes.

Après avoir regardé cette vidéo, vous devriez avoir une bonne compréhension de la fabrication d’électrodes nano gap avec différentes tailles d’espace à l’aide du nano skying.