Name: Fabrication danneaux résonateurs fendus nanopilier-Based pour courant de déplacement Mediated Résonances en térahertz métamatériaux (Vidéo) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-03-23T14:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 28 s
Description: Découvrez la fabrication d'anneaux résonateurs fendus à base de nanopiliers d'or par électrodéposition et déposition atomique par couches. Cette méthode permet d'obtenir un facteur de qualité de 450 pour des applications en térahertz.

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Ce matériel est basé sur le travail soutenu par un fonds de démarrage à l&#39;Université du Minnesota, Twin Cities. Certaines parties de ce travail ont été effectuées dans l&#39;installation de caractérisation, Université du Minnesota, un membre de la NSF financé par Materials Research Facilities (Network www.mrfn.org) via le programme MRSEC. Une partie de ce travail a également été réalisé dans le Nano Centre Minnesota qui reçoit un soutien partiel de la NSF à travers le programme NNCI.

Attention: Plusieurs des produits chimiques utilisés dans ces synthèses sont toxiques, hautement inflammable, et peut provoquer des irritations et des dommages aux organes graves lors d&#39;un contact ou d&#39;inhalation. S&#39;il vous plaît porter un équipement de protection individuelle (EPI) lors de la manipulation. 1. Préparation de la première couche d&#39;or (Au) nanopilier Arrays (figure 2a-c et la figure 2e-g) <ol><li> Préparation du cuivre (Cu) couches de semences pour Au galvanoplastie (Figure 2a, b et la figure 2e, f) <ol><li> Utilisez un 4 &quot;haute résistivité du silicium (Si) wafer. (Résistivité: 560-840 Ω · cm) comme substrat La plaquette de Si est de type N dopé et poli d&#39;un côté (Figure 2a, e). </li><li> Couper la tranche de Si en 2 cm x 2,5 cm pièces pour une utilisation ultérieure. </li><li> Déposer une couche de 5 nm de chrome (Cr) sur l&#39;échantillon de Si en utilisant un faisceau d&#39;électrons (e-beam) procédé d&#39;évaporation en tant que couche d&#39;adhérence entre le Si et Cu. </li><li> Déposer une couche de Cu 10 nm au-dessus de la couche de Cr existante à l&#39;aide d&#39;unProcessus d&#39;évaporation par faisceau d&#39; électrons comme la couche d&#39;ensemencement pour Au galvanoplastie (Figure 2b, f). </li></ol></li><li> Electroplating la matrice nanopilier Au (figure 2c, g) <ol><li> Patterning la matrice de nanopilier <ol><li> Spin couche photosensible sur l&#39;échantillon préparé dans la section 1.1 à 2000 rpm pendant 60 s. </li><li> Cuire l&#39;échantillon sur une plaque chaude à 115 ° C pendant 60 s. </li><li> Exposer la résine photosensible sous lumière ultraviolette (UV) -light (~ puissance de 15 mW / cm2) avec un photomasque Cr qui contient des milliers de modes de nanopilier pendant 22 s. </li><li> Développer avec un développeur pour 90 s avec agitation. </li><li> Rincer l&#39;échantillon avec désionisée (DI) de l&#39;eau et séchez l&#39;échantillon avec un pistolet à air. </li></ol></li><li> Electroplating le tableau de nanopilier Au <ol><li> Enlever la partie supérieure de la résine photosensible sur l&#39;échantillon avec de l&#39;acétone afin d&#39;exposer la couche d&#39;ensemencement de Cu pour le raccordement de l&#39;électrode. </li><li> Connectez le samPLE (couche d&#39;ensemencement de Cu) à la borne négative d&#39;un compteur source à l&#39;aide d&#39;une pince et d&#39;un fil. Dans ce cas, l&#39;échantillon est de l&#39;anode pendant le processus de dépôt électrolytique. </li><li> Connecter un morceau de platine (Pt) revêtu Si (même taille que l&#39;échantillon) à la borne positive du compteur de la source. Pt est la cathode pendant le processus de dépôt électrolytique. </li><li> Immerger la cathode à la fois Pt et Cu anode dans la solution de dépôt électrolytique Au. Maintenir les deux électrodes se faisant face avec une distance d&#39;environ 1 cm. </li><li> Allumez le compteur source et de fournir une tension constante de 1,12 V. Electroplate Au sur l&#39;échantillon pendant 8 min (vitesse de dépôt: ~ 100 nm / min). </li><li> Rincer l&#39;échantillon avec de l&#39;eau DI, suivie par l&#39;acétone pour éliminer la résine photosensible. </li><li> Rincer l&#39;échantillon avec de l&#39;eau DI à nouveau et séchez avec un pistolet à air. </li><li> Inspectez le electroplated Au nanopilier réseau sous un microscope. </li><li> Mesurer l&#39;épaisseur de l&#39;UA nanopiliers avec un profilomètre (L&#39;épaisseur de laAu nanopiliers est ~ 800 nm). REMARQUE: courant constant set-up peut également être utilisé pour la galvanoplastie Au nanopiliers. Dans les deux tension constante et courant constant set-up, la tension actuelle et idéal utilisé pour Au galvanoplastie peut être obtenue par essais et erreurs. </li></ol></li></ol></li></ol> 2. Création de nano-écarts entre Au nanopiliers (figure 2d, h) <ol><li> Enlèvement des couches de Cu et de Cr <ol><li> Immerger l&#39;échantillon en Cu jusqu&#39;à ce que la gravure couleur Cu disparaît. </li><li> Rincer l&#39;échantillon avec de l&#39;eau DI et séchez avec un pistolet à air. </li><li> Inspecter les Au nanopiliers sous un microscope. </li><li> Immerger l&#39;échantillon dans Cr masque de gravure pour 10 s. </li><li> Rincer l&#39;échantillon avec de l&#39;eau DI et séchez avec un pistolet à air. </li><li> Inspecter les Au nanopiliers sous un microscope. </li></ol></li><li> Fabrication de l&#39; oxyde d&#39;aluminium à l&#39; échelle nanométrique (Al 2 O 3) les lacunes <ol><li> Chauffer le cham système ALDber à 200 ° C. </li><li> Placer l&#39;échantillon dans le centre de la chambre. </li><li> Pomper la chambre à vide et définir le nombre de cycles à 100 (taux de dépôt: ~ 1 Å / cycle). </li><li> Séquentiellement et alternativement des impulsions triméthylaluminium (TMA) de gaz avec une période de temps de 0,015 s et de l&#39; eau (H 2 O) en phase vapeur avec une période de temps de 0,015 s dans la chambre pour déposer uniformément Al 2 O 3 couches sur l&#39;échantillon. L&#39;écart de temps entre chaque impulsion est de 5 s. La pression de la chambre au cours de la TMA impulsion est de 10 torr et la pression pendant l&#39; impulsion H 2 O 2 en phase vapeur est Torr. </li><li> Purger et aspirer la chambre entre chaque cycle du dépôt. Dépôt de Al 2 O 3 pour 100 cycles et sortir l&#39;échantillon de la chambre. </li><li> Mesurer l&#39;épaisseur de l&#39;ALD Al 2 O 3 à l&#39; aide d&#39; un ellipsomètre. </li></ol></li></ol> 3. Préparation de la deuxième couche de film mince d&#39;une fille (figure 2i-l et la figure 2m-p) <ol><li> Préparation de Cu couches de semences pour Au galvanoplastie (Figure 2i, m) <ol><li> Placer l&#39;échantillon dans le centre d&#39;un porte-échantillon de l&#39;évaporateur E-beam. </li><li> Désactiver la rotation de l&#39;échantillon dans l&#39;évaporateur à faisceau d&#39;électrons. </li><li> Déposer une couche de Cr 5 nm sur l&#39;échantillon pour agir comme une couche d&#39;adhérence entre Al 2 O 3 et de Cu. Utilisez un procédé d&#39;évaporation par faisceau d&#39;électrons sans rotation de l&#39;échantillon. </li><li> Dépôt de 10 nm Cu sur le dessus de la couche de Cr existant en utilisant un procédé d&#39;évaporation par faisceau d&#39;électrons sans rotation de l&#39;échantillon en tant que couche de semences pour Au galvanoplastie. </li></ol></li><li> Electroplating le film mince Au (Figure 2j, n) <ol><li> Connecter l&#39;échantillon (couche de germe de Cu) à la borne négative de l&#39;appareil source à l&#39;aide d&#39;une pince et d&#39;un fil. Dans ce cas, l&#39;échantillon est de l&#39;anode pendant le processus de dépôt électrolytique. </li><li> Connecter la cathode Pt à la borne positive du compteur de la source. </li><li> Immerger la fois la cathode Pt et Cu Anode dans la solution de dépôt électrolytique Au. Maintenir les deux électrodes se faisant face avec une distance d&#39;environ 1 cm. </li><li> Allumez le compteur source et mettre en place une tension constante de 1,35 V et galvanoplastie Au sur l&#39;échantillon pendant 16 min. </li><li> Rincer l&#39;échantillon avec de l&#39;eau DI et séchez avec un pistolet à air. </li><li> Inspectez le Au electroplated et précédemment electroplated Au nanopilier tableau sous un microscope. </li><li> Mesurer l&#39;épaisseur de l&#39;UA nanopiliers avec un profilomètre (épaisseur de l&#39;UA nanopiliers est ~ 400 nm). NOTE: Comme pour la galvanoplastie Au dans la section 1.2.2, courant constant set-up peut également être utilisé pour la galvanoplastie Au film mince. Dans les deux tension constante et courant constant set-up, la tension actuelle et idéal utilisé pour Au galvanoplastie peut être obtenue par essais et erreurs. </li></ol></li><li> Enlèvement de Cr et Cu couches (Figure 2k, o) <ol><li> Immerger l&#39;échantillon dans Cu décapant pendant 10 s. </li><li> Rincer l&#39;échantillon avec eau DI und brushing avec un pistolet à air. </li><li> Inspecter les Au nanopiliers sous un microscope. </li><li> Immerger l&#39;échantillon dans Cr masque de gravure pour 10 s. </li><li> Rincer l&#39;échantillon avec de l&#39;eau DI et séchez avec un pistolet à air. </li><li> Inspecter les Au nanopiliers sous un microscope. REMARQUE: Vous pouvez également plonger à nouveau l&#39;échantillon en solution d&#39;électrodéposition Au déposer une couche supplémentaire de Au-dessus de la deuxième couche de Au electroplated après le retrait de Cr et Cu (étape 3.3). Cette Au couche supplémentaire augmente l&#39;épaisseur totale de la deuxième couche de Au et assure un bon contact entre la couche d&#39; Au et la couche d&#39; Al 2 O 3 (Figure 2i, p). </li></ol></li></ol> 4. Définition de C-forme SRR (Figure 2q-s et la figure 2u-w) <ol><li> Patterning la SRR en forme de C (Figure 2q, u) <ol><li> Spin enduire une résine photosensible sur l&#39;échantillon à 2000 rpm pendant 60 s. </li><li> Cuire l&#39;échantillon sur la plaque chaude de 115 ° C pendant 60 s. </li><li&gt; Exposer résine photosensible sous lumière UV (puissance de ~ 15 mW / cm 2) avec un photomasque Cr pendant 22 s. </li><li> Développer avec un développeur pour 90 s avec agitation. </li><li> Rincer l&#39;échantillon avec de l&#39;eau DI et séchez l&#39;échantillon avec un pistolet à air. </li></ol></li><li> Définition C-forme en utilisant l&#39; usine d&#39;ions (Figure 2r, v et Figure 2s, w) <ol><li> Fixer l&#39;échantillon sur un porte-échantillon de l&#39;usine d&#39;ions en utilisant du ruban conducteur double face Cu. </li><li> Refroidir la chambre de broyage d&#39;ions à 6 ° C. </li><li> Ion broyeur de l&#39;échantillon avec une tension de faisceau de 300 V et un courant de faisceau de 125 mA pendant environ 30 min. </li><li> Sortez l&#39;échantillon et inspecter les Au nanopiliers en dehors de la C-forme. </li><li> Répétez l&#39;étape 4.2.3 et 4.2.4 si Au reste visible à l&#39;extérieur de la C-forme. </li><li> Soniquer l&#39;échantillon dans de l&#39;acétone pour enlever la résine photosensible. </li><li> Rincer l&#39;échantillon avec de l&#39;eau DI et séchez avec un pistolet à air. </li><li> Inspecter l&#39;échantillon sous un microscope. </li><li> Répétez l&#39;étape 4.2.6 et 4.2.7 si résine photosensible ne soit pas complètement éliminé. REMARQUE: Vous pouvez également appliquer l&#39;oxygène resist adoucissant étapes à la résine photosensible avant de retirer la résine photosensible. Cependant, un bain de sonication est la méthode la plus efficace pour éliminer photoresist le cas échéant. </li></ol></li></ol> 5. Suppression de Al 2 O 3 pour Air Nano-trous (Figure 2t, x) <ol><li> Immerger l&#39;échantillon dans 5% de fluorure d&#39;hydrogène (HF) solution pendant 5 min pour éliminer Al 2 O 3. </li><li> Rincer l&#39;échantillon avec de l&#39;eau DI et séchez avec un pistolet à air. </li></ol>

<ol><li>Xu, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Flexible+visible-infrared+metamaterials+and+their+applications+in+highly+sensitive+chemical+and+biological+sensing%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Lett%22%5BJournal%5D)">Flexible visible-infrared metamaterials and their applications in highly sensitive chemical and biological sensing.</a> Nano Lett. 11 (8), 3232-3238 (2011).</li>
<li>Singh, R., Cao, W., Al-Naib, I., Cong, L., Withayachumnankul, W., Zhang, W. <a target="_blank" href="http://aip.scitation.org/doi/abs/10.1063/1.4895595?journalCode=apl">Ultrasensitive terahertz sensing with high-Q Fano resonances in metasurfaces.</a> Appl. Phys. Lett. 105 (17), 171101(2014).</li>
<li>Torun, H., Top, F. C., Dundar, G., Yalcinkaya, A. <a target="_blank" href="http://esaki.ee.boun.edu.tr/~torun/docs/torun_jap2014.pdf">An antenna-coupled split-ring resonator for biosensing.</a> J. Appl. Phys. 116 (12), 124701(2014).</li>
<li>Chen, T., Li, S., Sun, H. <a target="_blank" href="https://www.researchgate.net/publication/228071785_Metamaterials_Application_in_Sensing">Metamaterials application in sensing.</a> Sensors. 12 (3), 2742-2765 (2012).</li>
<li>Jaruwongrungsee, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1877705815022584">Microfluidic-based Split-Ring-Resonator Sensor for Real-time and Label-free Biosensing.</a> Procedia Eng. 120, 163-166 (2015).</li>
<li>Han, J., Lakhtakia, A. <a target="_blank" href="http://www.tandfonline.com/doi/abs/10.1080/09500340802621785">Semiconductor split-ring resonators for thermally tunable terahertz metamaterials.</a> J. Mod. Optic. 56 (4), 554-557 (2009).</li>
<li>Melik, R., Unal, E., Perkgoz, N. K., Puttlitz, C., Demir, H. V. <a target="_blank" href="http://aip.scitation.org/doi/abs/10.1063/1.3250175?journalCode=apl">Flexible metamaterials for wireless strain sensing.</a> Appl. Phys. Lett. 95 (18), 181105(2009).</li>
<li>Naqui, J., Durán-Sindreu, M., Martín, F. <a target="_blank" href="https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3478810/">Alignment and position sensors based on split ring resonators.</a> Sensors. 12 (9), 11790-11797 (2012).</li>
<li>Chiam, S., Singh, R., Gu, J., Han, J., Zhang, W., Bettiol, A. A. <a target="_blank" href="http://aip.scitation.org/doi/abs/10.1063/1.3079419?journalCode=apl">Increased frequency shifts in high aspect ratio terahertz split ring resonators.</a> Appl. Phys. Lett. 94 (6), 064102(2009).</li>
<li>Gil, I., et al. <a target="_blank" href="http://ieeexplore.ieee.org/document/1344892/">Varactor-loaded split ring resonators for tunable notch filters at microwave frequencies.</a> Electron. Lett. 40 (21), 1347-1348 (2004).</li>
<li>Driscoll, T., et al. <a target="_blank" href="http://infrared.ucsd.edu/basov_pubs/Driscoll_APL91_062511_2007.pdf">Tuned permeability in terahertz split-ring resonators for devices and sensors.</a> Appl. Phys. Lett. 91 (6), 062511(2007).</li>
<li>Liu, C., et al. <a target="_blank" href="http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adom.201600196/abstract">Displacement Current Mediated Resonances in Terahertz Metamaterials.</a> Adv. Opt. Mater. 4 (8), 1302-1309 (2016).</li>
<li>Huang, M., Zhao, F., Cheng, Y., Xu, N., Xu, Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Large+area+uniform+nanostructures+fabricated+by+direct+femtosecond+laser+ablation%5BTitle%5D)+AND+%22Opt.+Express%22%5BJournal%5D)">Large area uniform nanostructures fabricated by direct femtosecond laser ablation.</a> Opt. Express. 16 (23), 19354-19365 (2008).</li>
<li>Broers, A., Molzen, W., Cuomo, J., Wittels, N. <a target="_blank" href="http://aip.scitation.org/doi/abs/10.1063/1.89155">Electron-beam fabrication of 80-Å metal structures.</a> Appl. Phys. Lett. 29 (9), 596-598 (1976).</li>
<li>Isaacson, M., Muray, A. <a target="_blank" href="http://avs.scitation.org/doi/abs/10.1116/1.571180">Insitu vaporization of very low molecular weight resists using 1/2 nm diameter electron beams.</a> J. Vac. Sci. Technol. 19 (4), 1117-1120 (1981).</li>
<li>Yang, J. K., et al. <a target="_blank" href="http://avs.scitation.org/doi/abs/10.1116/1.3253652?journalCode=jvn">Understanding of hydrogen silsesquioxane electron resist for sub-5-nm-half-pitch lithography.</a> J. Vac. Sci. Technol. B. 27 (6), 2622-2627 (2009).</li>
<li>Duan, H., Yang, J. K., Berggren, K. K. <a target="_blank" href="http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.201100892/abstract">Controlled Collapse of High-Aspect-Ratio Nanostructures.</a> Small. 7 (18), 2661-2668 (2011).</li>
<li>Cord, B., et al. <a target="_blank" href="http://avs.scitation.org/doi/abs/10.1116/1.3253603?journalCode=jvn">Limiting factors in sub-10nm scanning-electron-beam lithography.</a> J. Vac. Sci. Technol. B. 27 (6), 2616-2621 (2009).</li>
<li>Manfrinato, V. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Resolution+limits+of+electron-beam+lithography+toward+the+atomic+scale%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Lett%22%5BJournal%5D)">Resolution limits of electron-beam lithography toward the atomic scale.</a> Nano Lett. 13 (4), 1555-1558 (2013).</li>
<li>Ashraf, M., Sreenath, A., Chollet, F. <a target="_blank" href="http://spie.org/newsroom/0670-low-cost-mould-for-nano-imprinting-uses-monolayer-of-self-organized-nanospheres">Low-cost mould for nano-imprinting uses monolayer of self-organized nanospheres.</a> SPIE Newsroom. , (2007).</li>
<li>Hu, T., Gao, Y., Wang, Z., Tang, Z. <a target="_blank" href="http://link.springer.com/article/10.1007/s11467-009-0066-y">One-dimensional self-assembly of inorganic nanoparticles.</a> Front. Phys. China. 4, 487-496 (2009).</li>
<li>Kitching, H., Shiers, M. J., Kenyon, A. J., Parkin, I. P. <a target="_blank" href="http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2013/ta/c3ta00089c#!divAbstract">Self-assembly of metallic nanoparticles into one dimensional arrays.</a> J. Mater. Chem. A. 1 (24), 6985-6999 (2013).</li>
<li>Klinkova, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Structural+and+optical+properties+of+self-assembled+chains+of+plasmonic+nanocubes%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Lett%22%5BJournal%5D)">Structural and optical properties of self-assembled chains of plasmonic nanocubes.</a> Nano Lett. 14 (11), 6314-6321 (2014).</li>
<li>Caswell, K., Wilson, J. N., Bunz, U. H., Murphy, C. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Preferential+end-to-end+assembly+of+gold+nanorods+by+biotin-streptavidin+connectors%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Am.+Chem.+Soc%22%5BJournal%5D)">Preferential end-to-end assembly of gold nanorods by biotin-streptavidin connectors.</a> J. Am. Chem. Soc. 125 (46), 13914-13915 (2003).</li>
<li>Liu, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Step-growth+polymerization+of+inorganic+nanoparticles%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Step-growth polymerization of inorganic nanoparticles.</a> Science. 329 (5988), 197-200 (2010).</li>
<li>Nie, Z., Fava, D., Kumacheva, E., Zou, S., Walker, G. C., Rubinstein, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Self-assembly+of+metal-polymer+analogues+of+amphiphilic+triblock+copolymers%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Mater%22%5BJournal%5D)">Self-assembly of metal-polymer analogues of amphiphilic triblock copolymers.</a> Nat. Mater. 6 (8), 609-614 (2007).</li>
<li>Chen, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Atomic+layer+lithography+of+wafer-scale+nanogap+arrays+for+extreme+confinement+of+electromagnetic+waves%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Commun%22%5BJournal%5D)">Atomic layer lithography of wafer-scale nanogap arrays for extreme confinement of electromagnetic waves.</a> Nat. Commun. 4 (2361), (2013).</li>
<li>Nam, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Sub-10-nm+nanochannels+by+self-sealing+and+self-limiting+atomic+layer+deposition%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Lett%22%5BJournal%5D)">Sub-10-nm nanochannels by self-sealing and self-limiting atomic layer deposition.</a> Nano Lett. 10 (9), 3324-3329 (2010).</li>
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Les auteurs n&#39;ont rien à dévoiler.

Cette technique de fabrication présente des avantages importants pour la création de structures à l&#39;échelle nanométrique par rapport aux méthodes existantes telles que la lithographie par faisceau d&#39;électrons et de l&#39;auto-assemblage. Tout d&#39;abord, les structures à l&#39;échelle nanométrique peuvent être réalisées sur une grande surface (toute une plaquette) en utilisant un photomasque qui présente des tableaux de nanopilier, ce qui est pas pratique avec un procédé de lithographie par faisceau d&#39;élect...

Térahertz (THz) métamatériaux (SMM) ont été développées pour des capteurs et des dispositifs biomédicaux 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 agile en fréquence. Afin d&#39;améliorer la sensibilité et la sélectivité en fréquence des THz capteurs MM, une base nanopilier-anneau fendu résonateur (SRR) a été conçu en utilisant un courant de déplacement généré à l&#39;intérieur de l&#39;or (Au) matrices de nanopilier pour exciter des résonances THz avec des facteurs ultra-haute qualité ( Q-facteurs) (~ 450) (figure 1) 12. Même si RRF basée nanopilier-montrent Q élevé des facteurs et des capacités de détection prometteuses, la fabrication de tels nanostructures avec des rapports d&#39;aspect élevés (plus de 40) et les lacunes à l&#39; échelle nanométrique (sub-10 nm) sur une grande surface reste difficile 13. La technique la plus couramment utilisée pour fabriquer des structures à l&#39; échelle nanométrique est lithographie électronique (EBL) 14, 15, 16, 17. Cependant, la résolution de EBL est encore limitée en raison de la taille du point de faisceau, la diffusion des électrons, les propriétés de la résine, et le processus de développement 18, 19. En outre, il est peu pratique pour fabriquer des nanostructures utilisant EBL sur une grande surface en raison d&#39;un temps de processus lent et coûte un grand processus 20. Une autre stratégie pour obtenir des nanostructures consiste à utiliser une technique d&#39; auto-assemblage 21, 22. Par nanocubes métalliques auto-assemblés (CN) dans une solution et utilizing l&#39;interaction électrostatique et l&#39;association des ligands polymères entre NCS, un bien organisé unidimensionnel tableau NC avec des lacunes à l&#39; échelle nanométrique peut être atteint 23. La taille des nano-fente dépend des ligands de polymère entre les commandes numériques et peut être contrôlée en appliquant différents matériaux polymères ayant des poids moléculaires différents 24, 25, 26. L&#39; auto-assemblage est une technique puissante pour atteindre nanostructures évolutives et rentables 23. Cependant, le processus de fabrication est plus complexe par rapport aux micro et nano fabrication des procédés classiques, et le contrôle des tailles nano-gap est pas assez précis pour des applications de dispositifs électroniques. Afin de fabriquer avec succès RRF base nanopilier, un procédé de fabrication roman doit être inventé pour atteindre les objectifs suivants: i) le processus de fabrication est facile à appliquer et est compatible avec la conventional micro et nano fabrication processus; ii) la fabrication sur une grande surface est applicable; iii) la taille nano-gap peuvent être facilement et précisément contrôlé avec une résolution de 0,1 nm et peuvent être réduites à 10 nm ou moins. Un procédé de fabrication nouvelle est démontrée en utilisant la combinaison d&#39;un processus de galvanoplastie et un dépôt de couche (ALD) processus atomique pour fabriquer RRF à base nanopilier. Depuis la galvanoplastie est un processus d&#39;auto-remplissage avec un faible coût, il est facile de fabriquer des structures sur une grande surface. ALD est un procédé de dépôt chimique en phase vapeur (CVD), qui peut être contrôlé précisément par le cycle de réaction pendant le processus. La résolution du film mince ALD peut être de 0,1 nm, et le film mince est uniformément revêtu d&#39;une haute qualité, qui est adapté pour créer des lacunes à l&#39; échelle nanométrique 27, 28. SRR tableau à base de nanopilier-10 avec des lacunes nm ou moins peut être fabriqué avec succès sur une superficie de 6 mm x 6 mm. Les deux sLes spectres de transmission THz imulated et mesurées montrent des comportements de résonance avec ultra-haute Q-facteurs et les grands décalages de fréquence, ce qui prouve la faisabilité des RRF basée nanopilier médiées par le courant de déplacement. Le procédé de fabrication détaillé est décrit ci-dessous dans la section de protocole, et le protocole vidéo peut aider les praticiens à comprendre le processus de fabrication et d&#39;éviter les erreurs courantes associées à la fabrication de SRR à base nanopilier.

<table><tbody><tr><td>Plaquette de silicium</td><td>Siltronic AG</td><td>N/A</td><td>100 mm de diamètre, type N, polissage unilatéral, résistance : 560-840 &Omega ; et taureau ; cm</td></tr><tr><td>Chrome</td><td>Kurt J. Lesker Company</td><td>EVMCR35J</td><td>Cuivre pur à 99,95 %</td></tr><tr><td>Kurt</td><td>J. Lesker Company</td><td>EVMCU40QXQJ</td> Système d’évaporateur à faisceau d’électrons <td>à 99,99 %</td></tr><tr><td></td><td>Rocky Mountain Vacuum Tech.</td><td>N/A</td><td>RME-2000</td></tr><tr><td>S1813 Résine photosensible positive</td><td>Microposit</td><td>10018348</td><td>N/A</td></tr><tr><td>Spinner</td><td>Best Tools</td><td>S0114031123</td><td>SMART COATER 100</td></tr><tr><td>Mask Aligner</td><td>Midas</td><td>MDA-400LJ</td><td>N/A</td></tr><tr><td>Plaque chauffante numérique</td><td>Thermo Scientific</td><td>HP131725</td><td>série Super-Nuvoa, température maximale : 370 &deg ; C</td></tr><tr><td>MF319 Révélateur</td><td>Microposit</td><td>10018042</td><td>N/A</td></tr><tr><td>Acétone</td><td>Fisher Chemical</td><td>A18P-4</td><td>N/A</td></tr><tr><td>Alcool isopropylique</td><td>Fisher Chemical</td><td>A416-4</td><td>N/A</td></tr><tr><td>Gold 25 ES RTU</td><td>Technic Inc.</td><td>391427</td><td>N/A</td></tr><tr><td>Source Mètre</td><td>Keithley</td><td>N/A</td><td>2612 Système SourceMètre</td></tr><tr><td>Microscope</td><td>Omax</td><td>NJF-120A</td><td>N/A</td></tr><tr><td>Profilomètre</td><td>Tencor Instruments</td><td>N/A</td><td>Alpha-Step 200</td></tr><tr><td>APS Cuivre Etchant 100</td><td>Transfene Company, Inc.</td><td>N/A</td><td>N/</td></tr><tr><td>A CE-5 M Masque au chrome Etchant</td><td>Transfene Company, Inc.</td><td>N/A</td><td>N/A</td></tr><tr><td>Système de dépôt de couche atomique</td><td>Cambridge Nano Tech inc.</td><td>N/A</td><td>Savannah series Ion</td></tr><tr><td>Mill Etching System</td><td>Intlvac Thin Film</td><td>N/A</td><td>Nanoquest</td></tr><tr><td>Series Ultrasonic Cleaner</td><td>Crest Ultrasonics</td><td>N/A</td><td>Powersonic series</td></tr><tr><td>Acide fluorhydrique</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>244279</td><td>Dilué à 5 %</td></tr> Field <tr><td>Emission Gun Scanning Electron Microscope</td><td>Jeol Ltd.</td><td>N/A</td><td>JEOL série 6700</td></tr></tbody></table>

fabrication d&#39;anneaux résonateurs fendus nanopilier-based pour courant de déplacement mediated résonances en térahertz métamatériaux

Fabrication of Nanopillar-Based Split Ring Resonators for Displacement Current Mediated Resonances in Terahertz Metamaterials

Terahertz (THz) anneau fendu résonateur (SRR) métamatériaux (SMM) a été étudié pour le gaz, chimique, et les applications de détection biomoléculaires parce que le SRR est pas affectée par les caractéristiques environnementales telles que la température et la pression entourant le résonateur. un rayonnement électromagnétique à des fréquences THz est biocompatible, ce qui est une condition critique en particulier pour l&#39;application de la détection de biomolécules. Cependant, le facteur de qualité (Q-factor) et les réponses en fréquence de couches minces à base de résonateur traditionnel anneau fendu (SRR) MMs sont très faibles, ce qui limite leur sensibilité et sélectivité des capteurs. Dans ce travail, les nouveaux MMs SRR base nanopilier, en utilisant le courant de déplacement, sont conçus pour améliorer le facteur Q jusqu&#39;à 450, ce qui est environ 45 fois plus élevé que celui des MMs traditionnels à base de couches minces. En plus du facteur Q amélioré, les MMs base nanopilier-induisent un plus grand décalages de fréquence (17 fois par rapport au décalage obtenu par la traditional film mince de MMs base). En raison des facteurs Q considérablement améliorées et des décalages de fréquence, ainsi que la propriété de rayonnement biocompatible, la SRR à base de nanopilier-THz sont MMs idéales pour le développement de capteurs biomoléculaires avec une grande sensibilité et une sélectivité sans induire des dommages ou une distorsion de biomatériaux. Un nouveau procédé de fabrication a été démontré pour construire les RRF à base nanopilier-MMs pour THz courant de déplacement à médiation. A (Au) processus de galvanoplastie en deux étapes d&#39;or et une (ALD) processus de dépôt de couches atomiques sont utilisés pour créer des lacunes sous-10 nm échelle entre Au nanopiliers. Étant donné que le procédé ALD est un procédé de revêtement enrobant, d&#39; un oxyde d&#39;aluminium uniforme (Al 2 O 3) avec une épaisseur de couche à l&#39; échelle nanométrique peut être réalisée. Par galvanoplastie séquentiellement un autre film mince Au pour remplir les espaces entre Al 2 O 3 et Au, un gros emballé Au-Al 2 O 3 -Au structure à l&#39; échelle nanométrique Al 2 O 3 lacunes peuvent êtrefabriqué. La taille des nano-trous peut être bien définie en contrôlant avec précision les cycles de dépôt du procédé ALD, qui a une précision de 0,1 nm.

<html> Des systèmes de fabrication présentent chacune des étapes (figure 2a-x). Les images optiques (figure 2a) et en courant alternatif au microscope électronique à balayage (MEB) des images (figure 2AD-Ag) ont été recueillies pour les RRF à base nanopilier-à différentes étapes de fabrication. Animations (Figure 2a-c) illustrent la première couche de galvanoplastie Au nanopiliers et la seconde couche de ...

Un protocole pour la conception et la fabrication d&#39;une base nanopilier-roman anneau fendu résonateur (SRR) est présenté.

Fabrication d&#39;anneaux résonateurs fendus nanopilier-Based pour courant de déplacement Mediated Résonances en térahertz métamatériaux

Terahertz (THz) split ring resonator (SRR) metamaterials (MMs) has been studied for gas, chemical, and biomolecular sensing applications because the SRR ...

Ce protocole utilise des méthodes de galvanoplastie à l'or et de dépôt en couche atomique pour créer de nouveaux métamatériaux à base de nanopiliers en forme d'anneaux fendus, comportant des intervalles à l'échelle nanométrique. Chaque résonateur en anneau fendu fabriqué est constitué de milliers de nanopiliers en or et est alimenté par un courant de déplacement à travers les nano-intervalles situés entre eux, ce qui excite des résonances térahertz. L'amplitude du courant de déplacement est proportionnelle à la taille des nano-intervalles.La taille des nanointerstices peut être ajustée en modifiant les cycles du procédé de dépôt en couche atomique, ce qui entraîne des modifications des fréquences de résonance et de l'amplitude. Un facteur de qualité amélioré d'environ 450 peut être obtenu, soit 40 fois supérieur au facteur de qualité de 11 atteint avec des résonateurs en anneau fendu à base de couches minces. On peut également observer un décalage de fréquence 17 fois plus important que celui des résonateurs à base de couches minces.Les spectres de transmission simulés et mesurés démontrent que les métamatériaux à base de nanopiliers sont des candidats idéaux pour des capteurs hautement sensibles et des dispositifs térahertz à fréquence agile. Les résultats analytiques obtenus par microscopie électronique à balayage montrent le résonateur en anneau fendu fabriqué à base de nanopiliers, composé de deux nanopiliers d'or adjacents ainsi que d'interstices en oxyde d'aluminium de 10 nanomètres entre eux. Les résonateurs fendus à base de nanopiliers contiennent des nanopiliers d'or et un intervalle de 10 nanomètres en oxyde d'aluminium.Cette structure excite une résonance inductive et capacitive par courant de déplacement. Elles fournissent davantage d'énergie, renforcent cette énergie afin d'obtenir un facteur de qualité élevé et un fort décalage de fréquence. En raison de la valeur élevée du facteur de qualité (Q) et du fort décalage de fréquence, le résonateur fendu à base de nanopiliers convient à diverses applications, notamment les capteurs biomédicaux et chimiques, ainsi que les dispositifs de réglage de fréquence.L'avantage principal de cette technique par rapport aux méthodes existantes telles que la lithographie par faisceau d'électrons et l'auto-assemblage réside dans le fait qu'elle combine un procédé électrolytique séquentiel et un dépôt en couche atomique afin de réaliser des structures à l'échelle nanométrique sur une grande surface, en utilisant uniquement un procédé de microfabrication classique. Le processus de fabrication est nettement plus rapide et plus simple comparé à la lithographie par faisceau d'électrons et à l'auto-assemblage. Des nanostructures à fort rapport d'aspect peuvent être facilement créées avec des dimensions de motifs précisément contrôlées.Tout d'abord, déposer une couche d'adhérence et un matériau promoteur d'adhérence ainsi qu'une couche support sur un substrat plat. Ensuite, structurer les nanopiliers par photolithographie et électrolyse. Recouvrir uniformément l'ensemble de la structure d'une couche diélectrique nanométrique à l'aide de la dépôt par couche atomique.Une deuxième couche d'adhérence et une couche support sont ensuite déposées, suivies d'un dépôt par électrolyse. Enfin, on crée un résonateur en anneau fendu en forme de C en gravant partiellement les nanopiliers et les nano-interruptions diélectriques, à l'aide de la photolithographie et de la gravure ionique. Puis, on élimine la résine photosensible à l'aide d'acétone dans un bain ultrasonique.Commencez la préparation du substrat avec une plaquette de silicium de quatre pouces de résistivité élevée. Nettoyez la plaquette de silicium avec de l'acétone, de l'alcool isopropylique et de l'eau déionisée. Ensuite, séchez-la avec de l'azote gazeux.Utiliser un évaporateur à faisceau d'électrons pour déposer une couche d'adhésion de cinq nanomètres de chrome et une couche de germination de 10 nanomètres de cuivre. Découper la plaquette en morceaux de deux centimètres sur 2,5 centimètres. Ensuite, appliquer par centrifugation une couche de deux micromètres de résine photosensible S1813 à 2 000 tr/min pendant 60 secondes.Faites cuire le substrat à 115 degrés Celsius pendant 60 secondes. Exposez ensuite la résine photosensible au masque de nanopiliers à l'aide d'un aligneur de masque, avec environ 15 milliwatts par centimètre carré de lumière ultraviolette, pendant 22 secondes. Le masque de nanopiliers comprend des réseaux de nanopiliers de cinq millimètres sur cinq millimètres.Développer la résine photosensible dans le révélateur MF-319 avec agitation pendant 90 secondes. Rincer l'échantillon avec de l'eau déionisée, puis le sécher à l'air avec de l'azote gazeux. Retirer la section supérieure de la résine photosensible sur le substrat à l'aide d'acétone afin d'exposer la couche de semence de cuivre pour la connexion des électrodes.Ensuite, plongez l'échantillon dans une solution de galvanoplastie de l'or et déposez une couche d'or de 800 nanomètres pendant environ huit minutes. Retirez le photo-résist par l'acétone. Rincez à l'eau déionisée, puis séchez à l'aide d'un flux d'azote.Retirer la couche de chrome et de cuivre à la surface de l'échantillon en plongeant l'échantillon dans un agent gravant au chrome pendant 10 secondes, puis dans un agent gravant au cuivre pendant 10 secondes. Ensuite, recouvrir uniformément l'échantillon d'une couche d'oxyde d'aluminium de 10 nanomètres par dépôt atomique. Utiliser un évaporateur par faisceau d'électrons pour déposer une deuxième couche promoteur d'adhésion de chrome de cinq nanomètres, ainsi qu'une deuxième couche de cuivre germe de 10 nanomètres, au-dessus de la couche d'oxyde d'aluminium de 10 nanomètres.Immergez l'échantillon dans la solution de galvanoplastie or pendant 16 minutes, afin de déposer par électrolyse un film d'or de 400 nanomètres sur le substrat. Appliquez par centrifugation une couche de 2 micromètres de résine photosensible S1813 à 2 000 tr/min pendant 60 secondes. Faites cuire le substrat à 115 degrés celsius pendant 60 secondes.Exposer la résine photosensible au masque du résonateur en anneau fendu en forme de C à l'aide d'un aligneur de masque avec environ 15 milliwatts par centimètre carré de lumière UV, pendant 22 secondes. Développer dans le révélateur MF-319 pendant 90 secondes. Graver les structures situées à l'extérieur du motif de la résine photosensible à l'aide d'un système de gravure ionique pendant environ 30 minutes.Retirer le photo-résistant à l’aide d’acétone dans un bain d’ultrasons, puis rincer l’échantillon avec de l’acétone, de l’alcool isopropylique et de l’eau déionisée, puis sécher à l’air d’azote. Alternativement, si des nanoécartements d’air sont souhaités, plonger l’échantillon dans une solution d’acide fluorhydrique à 5 % pendant cinq minutes, afin d’éliminer l’oxyde d’aluminium. Examiner les résonateurs en anneau fendu à base de nanopiliers au microscope optique.L'imagerie optique montre deux réseaux de résonateurs en anneau fendu de cinq millimètres sur cinq millimètres à base de nanopiliers, déposés sur un substrat de silicone. L'image agrandie au microscope optique présente les réseaux de résonateurs en anneau fendu en forme de C, constitués de nanopiliers. Des nanopiliers en or et des nano-espaces en oxyde d'aluminium sont visibles sur l'image agrandie d'un résonateur en anneau fendu individuel.Les résultats analytiques obtenus par microscopie électronique à balayage ont également révélé le résonateur en anneau fendu à base de nanopiliers fabriqué, composé de deux nanopiliers en or adjacents, ainsi que des intervalles en oxyde d'aluminium entre eux. Des intervalles de cinq nanomètres et de dix nanomètres en oxyde d'aluminium peuvent être facilement réalisés en contrôlant le nombre de cycles du procédé de dépôt atomique en couche de l'oxyde d'aluminium. Ces résultats montrent que ce procédé de fabrication peut produire des milliers de résonateurs en anneau fendu à base de nanopiliers sur un substrat de grande échelle.Le procédé permet un contrôle précis de la taille des nanointerspaces et peut facilement produire des nanostructures à grand rapport d'aspect, par comparaison avec la lithographie par faisceau d'électrons et l'auto-assemblage. Les résonateurs en anneau fendu basés sur des nanopiliers contiennent des milliers de nanopiliers en or et des interspaces à l'échelle nanométrique. Les fréquences et amplitudes de résonance des résonateurs en anneau fendu basés sur des nanopiliers peuvent être facilement ajustées en modifiant la taille des nanointerspaces, ce qui les rend adaptés à diverses applications, notamment les capteurs biomédicaux et les dispositifs à fréquence agile.Après avoir visionné cette vidéo, vous devriez bien comprendre comment fabriquer des résonateurs en anneau fendu à base de nanopiliers d'or en utilisant un procédé de galvanoplastie de l'or en deux étapes et de dépôt atomique en couche pour créer des intervalles à l'échelle nanométrique en oxyde d'aluminium entre les nanopiliers d'or. Il est important de comprendre le principe de fonctionnement du procédé et de choisir les bons matériaux ainsi que les épaisseurs appropriées pour chaque matériau utilisé dans le procédé.

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