Name: ננו-הדפסה אלקטרוכימית בסיוע מתכת של ופלים נקבוביים ומוצקים מסיליקון (וידאו) | JoVE Journal
Uploaded: 2022-02-08T12:30:00.000+00:00
Duration: 9 min 18 s
Description: חקור שיטת ננו-הדפסה אלקטרוכימית בסיוע מתכת ליצירת מבנים תלת-ממדיים בסיליקון ברזולוציה תת-ננומטרית. הטכניקה מאפשרת יישומים מתקדמים באופטיקה ובביוסנסורים אינפרא-אדום.

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

אנו מודים לד"ר קנג הסו (אוניברסיטת לואיוויל) לתובנות לגבי עבודה זו; מעבדת פרדריק סייץ של אוניברסיטת אילינוי, ולזכרונו, חבר הסגל סקוט מקלארן; מרכז לירוי איירינג למדעי המדינה המוצקה באוניברסיטת אריזונה; וקרן המדע אריזונה תחת פרס חוקרי ביס גרוב.

<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>

אין לנו מה לחשוף.

בולי Mac-Imprint ושבבי Si משוטרים מראש (סוג p, [100] אוריינטציה, 1-10 Ohm∙cm) הוכנו על פי סעיפים 1 ו -2 של הפרוטוקול, בהתאמה. ה-Mac-Imprint של שבב Si משוטח מראש עם בולים המכילים דפוסים היררכיים תלת-ממדיים בוצעה על פי סעיף 3 של הפרוטוקול (איור 9). כפי שניתן לראות באיור 9a, תצורות שונות של Mac-Imprint הוחלו: סי מוצק עם Au מוצק (משמאל), Si נקבובי עם Au מוצק (באמצע)9, ו Si מוצק עם Au נקבובי (מימין)20. ...

דפוסי מיקרו-קנה מידה תלת-ממדיים וטקסטורציה של מוליכים למחצה מאפשרים יישומים רבים בתחומים שונים, כגון optoelectronics1,2, פוטוניקה3, משטחים אנטי-רפלקסיביים4, משטחים הידרופוביים סופר, ומשטחי ניקוי עצמי 5,6 בין היתר. אב טיפוס והפקת מסה של דפוסים תלת-ממדיים והיררכיים הושג בהצלחה עבור סרטים פולימריים על ידי ליטוגרפיה רכה וליטוגרפיה ננו-הדפסה עם רזולוציה של תת-20 ננומטר. עם זאת, העברת דפוסים פולימריים תלת-ממדיים כאלה לתוך Si דורשת סלקטיביות תחריט של תבנית מסכה במהלך תחריט יון תגובתי ובכך מגבילה את יחס הגובה-רוחב, וגורמת לעיוותי צורה וחספוס פני השטח עקב אפקטים שוליים7,8.
שיטה חדשה בשם Mac-Imprint הושגה עבור דפוס מקביל וישיר של נקבובי9 מוצק Si ופלים10,11, כמו גם ופלים GaAs מוצק12,13,14. Mac-Imprint היא טכניקת תחריט רטובה המבוססת על מגע הדורשת מגע בין מצע לבין חותמת מצופה מתכת אצילית בעלת תכונות תלת-ממדיות בנוכחות תמיסת תחריט (ES) המורכבת מ- HF ומחמצן (למשל, H2O2 במקרה של Si Mac-Imprint). במהלך החריטה, שתי תגובות מתרחשות בו זמנית 15,16: תגובה קתודית (כלומר, הפחתת H2O2 במתכת האצילית, שבמהלכה נוצרים נשאי מטען חיובי [חורים] ולאחר מכן מוזרקים ל- Si17) ותגובה אנודית (כלומר, פירוק Si, שבמהלכו החורים נצרכים). לאחר זמן מספיק במגע, תכונות התלת-ממד של החותמת חקוקות בופל Si. ל-Mac-Imprint יתרונות רבים על פני שיטות ליטוגרפיות קונבנציונליות, כגון תפוקה גבוהה, תאימות לפלטפורמות רול-לצלחת ו-Roll-to-roll, אמורפיות, מונו-פוליקריסטליניות Si ו-III-V מוליכים למחצה. ניתן לעשות שימוש חוזר בבולים של Mac-Imprint מספר פעמים. בנוסף, השיטה יכולה לספק רזולוציית תחריט תת-20 ננומטר התואמת לשיטות כתיבה ישירה עכשוויות.
המפתח להשגת הטבעה באיכות גבוהה הוא מסלול הדיפוזיה לחזית החריטה (כלומר, ממשק מגע בין זרז למצע). העבודה של אזרדו ואח ' 9 הוכיחה לראשונה כי דיפוזיה ES מופעלת באמצעות רשת Si נקבובי. Torralba et al.18, דיווח כי על מנת לממש מוצק Si Mac-Imprint דיפוזיה ES מופעלת באמצעות זרז נקבובי. Bastide et al.19 ו Sharstniou et al.20 חקרו עוד יותר את השפעת נקבוביות הזרז על דיפוזיה ES. לכן, הרעיון של Mac-Imprint נבדק בשלוש תצורות עם מסלולי דיפוזיה ברורים.
בתצורה הראשונה, הזרז והמצע מוצקים, ואינם מספקים מסלול דיפוזיה ראשוני. חוסר דיפוזיה מגיבה מוביל לתגובה משנית במהלך ההטבעה היוצרת שכבה של Si נקבובי על המצע סביב קצה ממשק הזרז-Si. המגיבים מתרוקנים לאחר מכן, והתגובה נפסקת, וכתוצאה מכך לא ניתן להבחין בנאמנות העברת דפוס בין החותמת למצע. בתצורות השנייה והשלישית, מסלולי הדיפוזיה מופעלים באמצעות רשתות נקבוביות המוצגות או במצע (כלומר, Si נקבובי) או בזרז (כלומר, זהב נקבובי) ודיוק העברת דפוס גבוה מושגת. לפיכך, הובלת ההמונים באמצעות חומרים נקבוביים ממלאת תפקיד קריטי בהפעלת פיזור המגיבים ומוצרי התגובה אל ממשק המגע והרחק ממנו 9,18,19,20. באיור 1 מוצג סכמטית של כל שלוש התצורות.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61040/61040fig1.jpg"> איור 1: שרטוטים של תצורות Mac-Imprint. נתון זה מדגיש את תפקידם של חומרים נקבוביים לאפשר פיזור של מינים מגיבים דרך המצע (כלומר, מקרה II: נקבובי Si) או בחותמת (כלומר, מקרה III: סרט דק זרז עשוי זהב נקבובי). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61040/61040fig1large.jpg" target="_blank">לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.</a>
במאמר זה, תהליך Mac-Imprint נדון ביסודיות, כולל הכנת בולים וטיפול מקדים מצע יחד עם Mac-Imprint עצמו. סעיף טרום הטיפול במצע בפרוטוקול כולל ניקוי סי וופל ודוגמת סי וופל סי עם תחריט יבש ואנודיזציה של מצע (אופציונלי). כמו כן, סעיף הכנת בולים מחולק למספר הליכים: 1) דפוס העתק PDMS של עובש מאסטר Si; 2) ננו-הדפס UV של שכבה פוטורזיסטית על מנת להעביר את תבנית ה- PDMS; ו-3) תצהיר שכבות קטליטי באמצעות קשירת מגנטרון ואחריו עסקה (אופציונלי). לבסוף, בסעיף Mac-Imprint ההתקנה Mac-Imprint יחד עם תוצאות Mac-Imprint (כלומר, Si פני השטח 3D דפוס הירארכי) מוצג.

<table><tbody><tr><td>אצטון, >99.5%, מגיב ACS</td><td>סיגמא-אולדריץ'</td><td>67-64-1</td><td>זהירות,</td></tr><tr><td>פלואוריד אמוניום כימי, >98%,</td><td>סיגמא-אולדריץ'</td> בדרגת ACS <td>12125-01-8</td><td>זהירות,</td></tr><tr><td>תמיסת אמוניום הידרוקסיד מסוכנת, 28-30%, מגיב ACS</td><td>סיגמא-אולדריץ'</td><td>1336-21-6</td><td>זהירות,</td></tr><tr><td>מפתח AZ 400K</td><td>מסוכן מיקרוכימיקלים</td><td>AZ 400K</td><td>זהירות, כימי</td></tr><tr><td>BenchMark 800 תחריט</td><td>Axic</td><td>BenchMark 800</td><td>תחריט יונים תגובתי</td></tr><tr><td>יעד כרום, 2 "x 0.125", 99.95% טוהר</td><td>סגסוגות ACI</td><td>ADM0913</td><td>מגנטרון מקרטע כרום יעד</td></tr><tr><td>CTF 12</td><td>קרבוליט Gero</td><td>C12075-700-208SN</td><td>תנור צינור</td></tr><tr><td>מייבש</td><td>פישר מדעי Chemglass מדעי החיים</td><td>CG122611</td><td>מייבש</td></tr><tr><td>F6T5 / BLB</td><td>Eiko</td><td>F6T5 / BLB 6W</td><td>נורת UV</td></tr><tr><td>יעד זהב, 2 "x 0.125", 99.99% טוהר</td><td>סגסוגות ACI</td><td>N / A</td><td>מגנטרון מקרטע יעד זהב</td></tr><tr><td>פלטת חמה KW-4AH</td><td>Chemat Technology</td><td>KW-4AH</td><td>פלטה מפולסת עם פרופיל טמפרטורה אחיד</td></tr><tr><td>חומצה הידרופלואורית, 48%, מגיב ACS</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>7664-39-3</td><td>זהירות, מסוכן ביותר</td></tr><tr><td>מי חמצן, 30%, מגיב ACS</td><td>פישר כימיקל</td><td>7722-84-1</td><td>זהירות,</td></tr><tr><td>אלכוהול איזופרופיל מסוכן, >99.5%, מגיב ACS</td><td>LabChem</td><td>67-63-0</td><td>זהירות,</td></tr><tr><td>טכניקות מתמר</td><td>MLP-50 כימי MLP-50</td> תא <td>עומס</td><td></td></tr><tr><td>חומצה חנקתית, 70%, דרגת ACS</td><td>SAFC</td><td>7697-37-2</td><td>זהירות,</td></tr><tr><td>NSC-3000</td> <td>מסוכןננו-מאסטר</td><td>NSC-3000</td><td>מגנטרון מקרטע</td></tr><tr><td>אשלגן הידרוקסיד, 45%, מוסמך</td><td>פישר כימיקל</td><td>1310-58-3</td><td>זהירות,</td></tr><tr><td>משאבת ואקום כימית נדנדה 800, 110V/60Hz</td><td>נדנדה</td><td>1240043</td><td>משאבת ואקום נטולת שמן</td></tr><tr><td>תבנית מאסטר סיליקון</td><td>NILT</td><td>SMLA_V1</td><td>שבב סיליקון עם</td></tr><tr><td>פרוסות סיליקון</td> דפוס, <td>פרוסות אוניברסיטה</td> בדרגה מעולה <td>783</td><td>יעד כסף של פרוסת Si</td></tr><tr><td>, 2 אינץ' x 0.125 אינץ', סגסוגות ACI בטוהר 99.99% HER2318</td><td></td><td></td><td>יעד כסף מקרטע מגנטרון</td></tr><tr><td>SP-300</td><td>BioLogic</td><td>SP-300</td><td>Potentiostat</td></tr><tr><td>SPIN 150i</td><td>ציפוי ספין</td><td>SPIN 150i</td><td>ציפוי ספין</td></tr><tr><td>SPR 200-7.0 חיובי לאור עמידות</td><td>Microchem</td><td>SPR 220-7.0</td><td>זהירות,</td></tr><tr><td>ערבוב כימי פלטה חמה</td><td>תרמו מדעית Cimarec+</td><td>SP88857100</td><td>פלטת חימום לשימוש כללי</td></tr><tr><td>SU-8 2015 שלילי פוטו-רזיסט</td><td>Microchem</td><td>SU-8 2015</td><td>זהירות,</td></tr><tr><td>ערכת אלסטומר סיליקון כימית SYLGARD 184 DOW</td><td></td><td></td><td>4019862 זהירות, כימי</td></tr><tr><td>T-LSR150B</td><td>Zaber Technologies</td><td>T-LSR150B-KT04U</td><td>שלב ליניארי ממונע</td></tr><tr><td>טריכלורו (1H,1H,2H, 2H-perfluorooctyl)silane (PFOCS), 97%</td> <td>Sigma-Aldrich</td><td>78560-45-9</td><td>זהירות, מסוכן</td></tr></tbody></table>

ננו-הדפסה אלקטרוכימית בסיוע מתכת של ופלים נקבוביים ומוצקים מסיליקון

Metal-Assisted Electrochemical Nanoimprinting of Porous and Solid Silicon Wafers

הטבעה אלקטרוכימית בסיוע מתכת (Mac-Imprint) היא שילוב של חריטה כימית בסיוע מתכת (MACE) וליטוגרפיה ננו-הדפסה המסוגלת לכוון את התבניות התלת-ממדיות של תכונות מיקרו וננומטריות בקבוצה המונוקריסטלינית IV (לדוגמה, Si) ו- III-V (למשל, GaAs) מוליכים למחצה ללא צורך בתבניות הקרבה ובשלבים ליטוגרפיים. במהלך תהליך זה, חותמת לשימוש חוזר מצופה זרז מתכת אצילי הוא בא במגע עם רקיק Si בנוכחות חומצה הידרופלואורית (HF) ומי חמצן (H2O2) תערובת, מה שמוביל לתחריט סלקטיבי של Si בממשק המגע מתכת מוליכים למחצה. בפרוטוקול זה, אנו דנים בשיטות הכנת הבולים והמצעים המיושמים בשתי תצורות Mac-Imprint: (1) Porous Si Mac-Imprint עם זרז מוצק; ו -(2) מוצק סי מק-חותם עם זרז נקבובי. תהליך זה הוא תפוקה גבוהה והוא מסוגל דפוס מקביל בקנה מידה סנטימטר עם רזולוציה מתחת 20 ננומטר. הוא גם מספק צפיפות פגמים נמוכה ודפוסי שטח גדולים בפעולה אחת ועוקף את הצורך בתחריט יבש כגון תחריט יונים תגובתי עמוק (DRIE).

סריקת תמונות מיקרוסקופ אלקטרונים (SEM), סריקות מיקרוסקופ אופטיות (איור 9) וסריקות מיקרוסקופיה של כוח אטומי (AFM) (איור 10) הושגו כדי לחקור את המאפיינים המורפולוגיים של חותמות ה-Mac-Imprint ומשטחי Si המוטבעים. הפרופיל החתך של סי המוצק המוטבע הושווה לזה של חותמת Au הנקבובית המשומשת (איור 10). נאמנות העברת דפוס ודור Si נקבובי במהלך Mac-Imprint היו שני קריטריונים עיקריים לנתח הצלחה ניסיונית. ה- Mac-Impri...

פרוטוקול להטבעה כימית בסיוע מתכת של תכונות מיקרו-קנה מידה תלת-ממדיות עם דיוק בצורת תת-20 ננומטר לתוך ופלים סיליקון מוצקים ונקבוביים מוצג.

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

הפרוטוקול שלנו מספק שיטת דפוס חדשה לסיליקון המאפשרת יצירת מיקרו-מבנים היררכיים תלת-ממדיים המאפשרים תכנון של אלמנטים מיקרו-אופטיים מבוססי metasurface וטכנולוגיות מדריך גלים. פרוטוקול זה מאפשר שכפול של מבנים תלת-ממדיים מתבניות פולימריות וקשות לופלים סיליקון מונוקריסטליניים ונקבוביים בצעד אחד. ובאותו הזמן, מתן החלטות תת 100 ננומטר בכל שלושת הכיוונים.סיליקון נקבובי וסיליקון עצמו הם חומרים נהדרים לייצור biosensors אופטי והתקנים אופטיים אינפרא אדום. עם זאת, אנו מצפים שטכניקה זו תתרחב לקבוצה III-V מוליכים למחצה ואף מעבר לה. חותמת לקצה מצע ויישור הטיה חשובה ביותר עבור חותם Mac-חותם אחיד.בהתאם לפרוטוקול זה, ניתן לבצע את היישור על-ידי טעינת חותמת למחזיק בזמן שהוא נמצא בקשר עם המצע. כדי להכין חותמת עבור חותם Mac-imprint, תחילה לנקות את תבנית מאסטר סיליקון באמצעות פתרון RCA-1 על פי השלבים המתוארים בפרוטוקול ולאחר מכן למקם תבנית סיליקון אמן נקי לתוך צלחת פטרי פלסטיק בתוך מייבש. השתמש בצינור פלסטיק כדי להוסיף כמה טיפות של PFOCS לסירה במשקל פלסטיק ולהניח את סירת השקילה ליד המנה עם תבנית האב.הפעל את משאבת ואקום, לפתוח את שסתום התייבשות, ולהחיל ואקום במשך 30 דקות. בזמן שהוואקום מיושם, השתמש במרית זכוכית כדי לערבב את הבסיס ואת סוכן הריפוי מערכת אלסטומר סיליקון ביחס של 10 לאחד במשך 10 עד 15 דקות. בסוף ההתייבשות, להסיר את סירת השקילה מן הייבוש ומרווחים מתחת לתבנית מאסטר סיליקון, ולאחר מכן לכסות בזהירות את תבנית האב עם שכבה שניים עד שלושה מילימטר של PDMS טרי מוכן.כדי degas PDMS לאחר פתיחת שסתום התייבשות, להחיל ואקום במשך 20 דקות נוספות או עד הבועות להיעלם. בסוף תקופת ההתייבשות השנייה, מעבירים את המנה לצלחת חמה של 80 מעלות צלזיוס. לאחר שעתיים, השתמש באזמל כדי לקצץ את הקצוות של PDMS נרפא בתוך צלחת פטרי פלסטיק ולהשתמש פינצטה כדי להסיר בזהירות את עובש PDMS מתבנית מאסטר סיליקון.עבור nanoimprinting UV photoresist, להשתמש בסופר כדי לבקע שבב סיליקון 2.5 על 2.5 ס"מ מתוך רקיק הסיליקון, לנקות אותו באמצעות פתרון RCA-1 על פי השלבים המתוארים בפרוטוקול ולאחר מכן למקם את השבב הנקי על צ'אק ואקום במעיל ספין. הגדר את הפרמטרים ציפוי ספין כפי שצוין כדי להחיל שכבה עבה 20 מיקרומטר של photoresist על השבב ולחץ VAC ON כדי להחיל ואקום על המערכת. יוצקים 1.5 מיליליטר של SU-8 2015 photoresist על מרכז השבב וסוגרים את מכסה מעיל הספין.לאחר מכן לחץ על התחל כדי להתחיל את הסיבוב. בסוף הסיבוב, לחץ על VAC כבוי כדי לכבות את הוואקום ולהשתמש פינצטה כדי להסיר את השבב מצופה photoresist. הניחו בזהירות את תבנית ה-PDMS על תבנית שבב הסיליקון מצופה הפוטורליסטים כלפי מטה ולחצו ידנית על התבנית לתוך השבב.מניחים צלחת זכוכית שקופה UV על גבי PDMS כדי להחיל 15 גרם לסנטימטר מרובע של לחץ על התבנית שבב ולחשוף את ההתקנה לשישה וואט של אור UV במשך שעתיים. בסוף תקופת ההקרנה, השתמש פינצטה כדי להסיר לאט את התבנית מן השבב בכיוון המקביל לכיוון של דפוס photoresist נרפא. כדי להפקיד שכבת סגסוגת זהב / כסף בעובי 250 ננומטר על השבב, ראשית להפקיד שכבה עבה של 20 ננומטר של כרום ושכבה עבה של 50 ננומטר של זהב כפי שהוא מתואר בפרוטוקול הטקסט.לאחר מכן, לחץ על GUN 1 OPEN כדי לפתוח את התריס של אקדח הזהב והכסף. הגדר את זמן העיבוד ל- 16.5 דקות והגדר את נקודת ערכת DC ל- 58 ו- RF להגדיר נקודה ל- 150. לחץ על סיבוב והגדר את קצב זרימת הארגון ל- 50 סנטימטרים מעוקבים סטנדרטיים לדקה.לחץ על ארגון, אספקת DC ואספקת RF. כאשר מישורי האות, הגדר את פקד הארגון לחמש. לחץ על התחל בעובי אפס כדי להפעיל את צג עובי הגביש ולקרוע את העובי בהתאמה.לחץ על תהליך מתוזמן כדי להתחיל את התהליך הנשלט על-ידי הזמן ולחץ על PLATEN SHUTTER Solid כדי לפתוח את תריס הלוחית. לחץ שוב על אפס עובי. כאשר הקצוות המקרטעים מסתיימים, לחץ על Solid כדי לסגור את התריס המוצק של הלוח ולחץ על לחץ כדי לפרוק את תא ההבעה של המגנטרון.כדי להסיר את הסגסוגת של חותמת ה-Mac-חותם מצופה סגסוגת הכסף/זהב, ערבבו תחילה מים שעברו דה-יוניזציה וחומצה חנקתית ביחס של אחד לאחד בכוס זכוכית והניחו את הכוס על צלחת חמה מרגשת. שקוע מחזיק מדגם PTFE מחורר בתערובת ולחמם את הפתרון עד 65 מעלות צלזיוס עם ערבוב מתמיד ב 100 סיבובים לדקה. כאשר הפתרון הגיע לטמפרטורת היעד, למקם את חותמת חותמת Mac-חותם מצופה זהב / כסף מצופה סגסוגת במחזיק במשך שתיים עד 20 דקות.לאחר הסרת סגסוגת, להרוות את חותמת Mac-חותם במים deionized טמפרטורת החדר במשך דקה אחת. כדי לבצע חותמת ליישור מצע, הניחו חותמת הפונה כלפי מטה על גבי שבב הסיליקון בתא האלקטרוכימי, הוסיפו טיפה של SU-8 בגב החותמת. הבא מוט PTFE במגע עם SU-8 לרפא אותו במקום בתנאים יבשים תחת אור UV במשך שעתיים.הקשר נמצא במרחק של כ-86 מילימטרים מעמדת הבית. כדי לבצע פעולת הטבעה Mac, לנקות שבב סיליקון בדוגמת דפוס באמצעות פתרון RCA על פי השלבים המתוארים בפרוטוקול ולאחר מכן למקם אותו במרכז של תא אלקטרוכימי ולמקם את התא תחת מוט PTFE עם חותמת Mac-חותם. ערבבו את תמיסת החריטה של חומצה הידרופלואורית ומי חמצן ביחס של 17 לאחד בתוך PTFE.לאחר חמש דקות, השתמשו בפיפטה מפלסטיק כדי להוסיף את תמיסת החריטה לתא האלקטרוכימי. כדי למקם את חותמת ה- Mac-imprint במגע עם שבב התבנית, הורידו את החותמת בכ-86 מילימטרים ולאחר מכן הזיזו את החותמת מטה מעמדת המגע בכ-300 עד 1,000 מיקרומטר כדי להשיג את כוח המגע הרצוי. שמור על חותמת ה- Mac-imprint במגע עם השבב בין שעה ל -30 דקות לפני לחיצה על דף הבית כדי להחזיר את המוט למצב הביתי.השתמש פיפטה כדי לשאוף בזהירות את פתרון החריטה מהתא ולשטוף את שבב הסיליקון מוטבע עם אלכוהול איזופרופיל ומים deionized. ואז לייבש את השבב עם אוויר יבש ונקי. סריקת תמונות מיקרוסקופ אלקטרונים ניתן להשיג כדי ללמוד את המאפיינים המורפולוגיים של חותמות Mac-חותם מצופה זהב ואת משטחי הסיליקון המוטבעים וכתוצאה מכך.בניתוח מייצג זה, הפרופיל החתך של הסיליקון המוצק המוטבע שהושג על ידי סריקת כוח אטומי הושווה לזה של חותמת הזהב הנקבובית המשמשת. נאמנות העברת דפוסים ויצירת סיליקון נקבובי במהלך חותם Mac היו שני קריטריונים עיקריים לניתוח ההצלחה הניסיונית. ה- Mac-imprint נחשב מוצלח אם תבנית הבול הועברה במדויק על הסיליקון ולא נוצר סיליקון נקבובי במהלך חותם המק.כאן, התוצאות של ניסוי תת-אופטימלי שבו חוסר נאמנות העברת דפוס ודור סיליקון נקבובי התרחשו במהלך חותם Mac-imprint ניתן לראות. חשוב לזכור כי Mac-חותם של סיליקון כרוך חומצה הידרופלואורית, שהוא חומר מסכן חיים בעקבות פרוטוקול בטיחות לובש ציוד מגן אישי מתאים הם בעלי חשיבות עליונה. ברגע שאתה משתמש בולים מצופים בזהב נקבובי כדי להקל על הובלת המונים.בעקבות הליך זה, הרכב פתרון החריטה או כוח המגע יכול להיות מגוון כדי ללמוד את הקינטיקה של התהליך או את עמידות הבול.

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

Research

JoVE Journal

Engineering

הנדסה

כאן אנו מתארים שיטה פשוטה functionalization תחמוצת ללא סיליקון גרמניום עם monolayers אורגני תגובתי ולהדגים דפוסים של מצעים עם הדפס של מולקולות חלבונים קטנים. הגישה לחלוטין מגן משטחים מפני התחמצנות כימית, מספק שליטה מדויקת מורפולוגיה תכונה, ומספקת גישה מוכן דפוסי מופלים כימית.

Functionalization לליתוגרפיות רך אוקסיד ללא דפוסים סיליקון גרמניום

אנו מתארים טכניקה המאפשרת nanomoulding דפוסי ננו עלות הנמוכה של חומרים תפקודיים, ערמות חומרים והתקנים מלאים. Nanomoulding ניתן לבצע בכל התקנת nanoimprinting וניתן ליישום למגוון רחב של חומרים ותהליכים בתצהיר.

Nanomoulding של חומרים תפקודיים, שיטה תכליתית משלימת תבנית שכפולה לnanoimprinting

פרוטוקול זה מתאר את השימוש בזיזי סיליקון microscale כמשטחי תרבות גמישים למדידת ההתכווצות של תאי שריר במבחנה. התכווצות סלולרית גורמת לכיפוף שלוחה, הניתן למדידה, נרשם, והוסב לקריאות כוח, מתן מערכת לא פולשנית וניתן להרחבה למדידת תפקוד התכווצות במבחנה.

ניצול של זיזי סיליקון המיקרוסקופים כדי להעריך את התפקוד נייד התכווצות במבחנה

נייר זה מציג אסטרטגית 3D תוסף micromanufacturing (שמכונה "מיקרו בנייה") עבור הייצור גמיש של מערכת מייקר מבנים (MEMS) והתקנים. גישה זו כרוכה בהרכבה המבוסס על דפוס העברה של חומרי מיקרו / ננו בשילוב עם טכניקות מליטה חומרים מהירים תרמית המאפשר חישול.

מיקרו בנייה לMicromanufacturing 3D תוסף

מתוארת מתודולוגיה מבוססת הדפסת העברה בת קיימא להכנסת ננו-מבני מתכת פלזמוניים בתאים סולאריים.  באמצעות חותמות פולי ננו-עמודים (דימתילסילוקסן), מערך ננו-דיסק מסודר מבוסס Ag שולב עם תאים סולאריים מיקרו-קריסטליים מוקשים סטנדרטיים, מה שהוביל לשיפור ביצועי המכשיר עקב לכידת אור פלזמונית.

שילוב של אור ננו-מבני כסף השמנה בתאים סולריים המוקשה Microcrystalline הסיליקון ידי העברת הדפסה

אנו מדגימים פלטפורמת microfluidic עם רשת האלקטרודה משטח משולבת המשלב חישת דופק התנגדות (RPS) עם הגישה מרובה חלוקת קוד (CDMA), לבצע ריבוב איתור אומדת חלקיקי ערוצי microfluidic מרובים.

פלטפורמת microfluidic עם איתור Multiplexed אלקטרוני למערכות מעקב מרחבית של חלקיקים

דוח זה מתאר טכניקה פשוטה וקלה לביצוע, תוך שימוש בוואקום בלחץ נמוך, למילוי תעלות מיקרופלואידיות בתאים ומצעים למחקר ביולוגי.

שיטה צדדית של חלבוני דפוסי תאים

בידוד תופעות חשמליות ותרמיות על דפורמציה בסיוע חשמלי (EAD) הוא מאוד קשה באמצעות דגימות macroscopic. Metallic מדגם מיקרו ננו יחד עם נוהל בדיקה מותאמת אישית פותחו כדי להעריך את ההשפעה של הנוכחי להחיל על היווצרות ללא חימום ג 'אול ואבולוציה של נקעים על דגימות אלה.

שיטה חדשה עבור<em&gt; באתרו</em&gt; אפיון אלקטרומכני של דגימות ננומטריות

נדגים את הסינתזה של חלקיקים fusogenic הסיליקון הנקבובי למסירה oligonucleotide במבחנה, ויוו יעיל. הסיליקון הנקבובי חלקיקים נטענים עם siRNA ליצירת הליבה, שהטיחה מאת fusogenic שומנים דרך ההבלטה כדי ליצור את הקליפה. Functionalization moiety מיקוד איפיון חלקיקים הינם כלולים.

סינתזה Functionalization, איפיון חלקיקים הסיליקון הנקבובי Fusogenic למסירה Oligonucleotide

עבודה זו מציגה פרוטוקולים microfabrication להשגת חללים ועמודים עם מחדש ופרופילים מחדש כפליים על SiO2/Si וופלים באמצעות פוטוגרפיה ותחריט יבש. משטחי מיקרו בעלי מרקם כתוצאה מראים דוחה נוזלי מדהים, מאופיין מלכודת חזקה לטווח ארוך של אוויר תחת נוזלי הרטבה, למרות wettability פנימית של סיליקה.

עיבוד SiO2/סי משטחים אומניפובי על ידי גילוף מיקרוטקסטורות גז-מיקרו הכוללת חללים מחדש ושני עמודים

מוצג כאן הוא פרוטוקול החורגים למימוש ממברנות גז הראפ (אבני חן) מ SiO2/Si וופלים באמצעות טכנולוגיית מיקרו מעגלים משולבים. כאשר סיליקה-אבני חן שקועים במים, החדירה של מים נמנעת, למרות הרכב חובב מים של סיליקה.

הוכחת הרעיון עבור ממברנות גז-הראפ נגזר מהמים אוהבי מים2/Si/sio2 וופלים עבור התפלה ירוק

חקור שיטת ננו-הדפסה אלקטרוכימית בסיוע מתכת ליצירת מבנים תלת-ממדיים בסיליקון ברזולוציה תת-ננומטרית. הטכניקה מאפשרת יישומים מתקדמים באופטיקה ובביוסנסורים אינפרא-אדום.

ננו-הדפסה אלקטרוכימית בסיוע מתכת של ופלים נקבוביים ומוצקים מסיליקון

גלה סרטונים נוספים