Name: 전류 운반은 나노와이어의 플라즈몬 수송 평가 (동영상) | JoVE Journal
Uploaded: 2013-12-11T13:45:00.000+00:00
Duration: 9 min
Description: 학습하세요 은 나노와이어를 이용한 전자와 표면 플라즈몬 동시 수송 방법을 통해 플라즈몬 회로의 특성을 평가하는 기술입니다. 이 방법은 통합 광전자 시스템 개발에 활용됩니다.

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이러한 결과로 이어진 연구는 유럽 공동체의 제7차 프레임워크 프로그램 FP7/2007–2013 Grant Agreement no 306772 및 Grant ERC-2007-StG No. 203872-COMOSYEL에 따라 유럽 연구 위원회로부터 자금을 지원받았습니다. 이 연구는 또한 Grant Plastips(ANR-09-BLAN-0049) 산하의 ANR(Agence Nationale de la Recherche)에서 부분적으로 자금을 지원합니다. A. S.는 PARI 프로그램의 Région de Bourgogne에서 박사 후 장학금을 받은 것에 대해 감사를 표합니다. MS는 중국 장학금 위원회(Chinese Scholarship Council)의 급여를 인정합니다. D.Z.는 중국 국립자연과학재단(National Natural Science Foundation of China)의 보조금 11004182 및 61036005 지원을 인정합니다.

1. 은 나노 와이어의 콜로이드 용액의 합성
은 나노 와이어 (Ag NW)는 변형 된 폴리올 보조 방법6을 사용하여 합성됩니다. Ag NW의 일반적인 합성에서는 다음 절차가 단계별로 수행됩니다.
<ol>
	<li>12ml의 에틸렌 글리콜(EG)을 미리 세척한 100ml의 둥근 바닥 뚜껑이 있는 플라스크에 붓습니다.</li>
	<li>260rpm에서 자기 교반으로 오일 배스(디메틸실리콘)에서 150°C에서 1시간 동안 용액을 가열합니다.</li>
	<li>적하하여 4ml AgNO3 (EG 용액에서 0.2M)를 첨가하십시오. 이 과정에서 반응 용액의 색이 무색에서 투명한 밝은 노란색으로 변하며, 이는 은 결정 종자의 성장을 나타냅니다.</li>
	<li>반응 용액에 4ml 폴리(비닐피롤리돈)(PVP) 용액(EG 용액의 농도는 22.2mg/ml)을 피펫으로 천천히 주입합니다. 반응에서 EG는 용매 및 환원제 역할을 하며 PVP는 은 단결정이 특정 방향을 따라 성장할 수 있도록 합니다.</li>
	<li>반응 플라스크를 캡으로 덮습니다. 150분 후 용액의 색상이 밝은 노란색에서 세이지 녹색으로 바뀝니다. 마지막으로 콜로이드는 탁한 은회색으로 나타납니다.</li>
	<li>용액의 온도를 낮추기 위해 플라스크를 얼음처럼 차가운 수조에 넣어 반응을 중지하십시오.</li>
	<li>콜로이드 용액 1ml를 아세톤 3ml로 채워진 원심분리기 튜브에 옮깁니다.</li>
	<li>튜브를 600 x g에서 25분 동안 원심분리합니다.</li>
	<li>상층액을 제거하고 DI 워터 4ml를 넣으십시오.</li>
	<li>1.8-1.9 단계를 3 회 이상 반복하여 EG 및 PVP의 초과분을 제거하십시오.</li>
</ol>
2. 전자빔 리소그래피에 의한 유리 기판에 거시적 정렬 랜드 마크 준비
<ol>
	<li>오일 이멀젼 현미경 검사용으로 보정된 현미경 커버 유리 N°1 1/2를 초음파 수조를 사용하여 희석된 농축 비눗물[1:3]로 세척합니다.</li>
	<li>먼저 많은 양의 DI 물로 헹구고 이소프로판올로 두 번째 세척하십시오. 커버 슬립을 질소로 건조시킵니다.</li>
	<li>피펫 160ml의 폴리(메틸 메타크릴레이트) (PMMA) 전자빔 레지스트(시약 표 참조) 및 다음과 같은 연속적인 코팅 매개변수로 NW로 덮인 기판을 스핀 코팅합니다.
	<ol>
		<li>4 x g의 속도와 4 x g/sec의 가속도에서 10초.</li>
		<li>350 x g의 속도와 200 x g/sec의 가속도에서 1초.</li>
		<li>700 x g의 속도와 200 x g/sec의 가속도에서 60초.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>샘플을 핫 플레이트에서 170°C에서 10분 동안 굽습니다.</li>
	<li>2.2-2.4단계를 반복하여 절차가 끝날 때 이륙을 용이하게 하기 위해 두 번째 레지스트 층을 생성합니다. 두 층에 동일한 전자빔 레지스트를 사용합니다.</li>
	<li>전자빔 리소그래피를 진행하기 전에 샘플 상단에 얇은 전도성 금층(20nm)을 스퍼터링합니다.</li>
	<li>샘플을 리소그래피가 장착된 전자빔 현미경으로 옮깁니다. 패러데이 케이지를 사용하여 빔 전류를 150pA로 설정합니다.</li>
	<li>단계 크기가 48nm로 설정되고 픽셀당 체류 시간이 0.0243msec로 설정된 그리드 랜드마크의 설계 레이아웃에 따라 샘플을 150μA/cm2의 용량으로 노출합니다.</li>
	<li>45초 동안 [1:3] 비율로 MIBK(메틸 이소부틸 케톤): IPA(이소프로판올)를 사용하여 샘플을 현상합니다. 45초 동안 샘플을 이소프로판올에 담궈 프로세스를 중지합니다.</li>
	<li>8 x 10-8mbar의 기본 압력에서 작동하는 금속 증발기로 기판을 옮깁니다. 0.1 nm / sec의 증발 속도로 증착 : 2 nm의 Cr (접착 층), 70 nm의 Au</li>.
	<li>약 1.5시간 동안 70°C에서 예열된 아세톤을 사용하여 샘플의 화학적 리프트오프를 진행합니다.</li>
</ol>
3. 기판에 나노 와이어의 증착
<ol>
	<li>나노 와이어 용액을 에탄올에 희석하여 10 μm2마다 약 1 개의 나노 와이어의 기판에서 나노 와이어 밀도를 얻는다.</li>
	<li>용액 50μl를 피펫팅하고 미리 패턴화된 기판에 적하 캐스팅합니다. 질소로 건조시킵니다.</li>
</ol>
4. 광학 현미경으로 나노 와이어 찾기
<ol>
	<li>나노와이어로 장식된 기판을 표준 보정된 광학 현미경에 놓습니다.</li>
	<li>가장 가까운 정렬 표시와 관련하여 일련의 절연된 고품질 나노와이어의 말단을 정확하게 찾습니다.</li>
</ol>
5. 전자빔 리소그래피, 열 증발 및 화학적 리프트오프에 의한 전극 제작
<ol>
	<li>나노와이어의 측정된 위치를 사용하여 전극 레이아웃을 설계합니다. 대형 수신 패드 (50 μm x 50 μm)를 통합하여 텅스텐 전압 프로브를 나노 와이어에 도달하는 전극에 연결합니다.</li>
	<li>160ml의 폴리(메틸 메타크릴레이트) (PMMA) 전자빔 레지스트(시약 표 참조)를 피펫하고 다음과 같은 연속 코팅 매개변수로 나노와이어로 덮인 기판을 스핀 코팅합니다.
	<ol>
		<li>4 x g의 속도와 4 x g/sec의 가속도에서 10초.</li>
		<li>350 x g의 속도와 200 x g/sec의 가속도에서 1초.</li>
		<li>700 x g의 속도와 200 x g/sec의 가속도에서 60초.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>샘플을 핫 플레이트에서 170°C에서 10분 동안 굽습니다.</li>
	<li>5.2-5.3단계를 반복하여 절차가 끝날 때 리프트오프를 용이하게 하기 위해 두 번째 레지스트 층을 생성합니다. 두 층에 동일한 전자빔 레지스트를 사용합니다.</li>
	<li>전자빔 리소그래피를 진행하기 전에 샘플 상단에 얇은 전도성 금층(20nm)을 스퍼터링합니다.</li>
	<li>샘플을 리소그래피가 장착된 전자빔 현미경으로 옮깁니다. 패러데이 케이지를 사용하여 빔 전류를 150pA로 설정합니다.</li>
	<li>정렬 표시를 사용하여 전자빔 현미경의 좌표계를 보정합니다.</li>
	<li>150μA/cm2의 선량에 대해 단계 크기를 48nm로 설정하고 픽셀당 체류 시간을 0.0243msec로 설정하여 설계 레이아웃에 따라 샘플을 노출시킵니다.</li>
	<li>45초 동안 비율[1:3]의 MIBK(메틸 이소부틸 케톤): IPA(이소프로판올)를 사용하여 샘플을 현상합니다. 현상된 샘플을 이소프로판올에 45초 더 담궈 공정을 중단합니다.</li>
	<li>8 x 10-8mbar의 기본 압력에서 작동하는 금속 증발기로 기판을 옮깁니다. 0.1 nm/sec의 증발 속도, 2 nm의 Cr(접착층)에 이어 70 nm의 Au를 증착한다.</li>
	<li>약 1.5시간 동안 70°C에서 예열된 아세톤을 사용하여 샘플의 화학적 리프트오프를 진행합니다.</li>
</ol>
6. 표면 플라즈몬 누출 방사선 현미경으로 전송
<ol>
	<li>높은 개구수 대물렌즈(N.A.>1)와 2축 압전 스테이지가 장착된 표면 플라즈몬 누출 현미경을 설정하여 샘플 위치를 조정합니다.</li>
	<li>근적외선 레이저에서 시준된 가우스 빔을 준비합니다. 여기 파장이 길수록 플라즈몬 전파 거리가 길어집니다. 현미경에서 빔을 정렬합니다. 시준된 빔의 직경은 현미경의 입구 동공을 초과해야 합니다. 이는 glass/air interface에서 회절 제한 초점의 형성을 보장합니다.</li>
	<li>빔 스플리터와 현미경의 한쪽 출구 포트에 위치한 일련의 릴레이 렌즈를 사용하여 각각 물체 평면 및 푸리에 평면(대물렌즈 후면 초점면)과 결합된 두 개의 평면을 형성합니다. 이러한 켤레 평면의 위치에 두 개의 CCD(charge-coupled device) 카메라를 배치합니다.</li>
	<li>압전 스테이지를 사용하여 선택한 접촉된 나노와이어의 말단을 정렬하여 초점과 겹칩니다. 플라즈몬 모드로의 광 결합을 최대화하도록 위치를 조정합니다.</li>
	<li>3차원 기계식 프로버에 장착된 텅스텐 팁을 사용하여 조정된 전원 공급 장치를 전기 단자의 수신 패드에 연결합니다. 회로에 낮은 이득 전류-전압 변환기(이득 10mA/V) 또는 전류계를 삽입합니다.</li>
	<li>적용된 바이어스, 나노와이어를 통해 흐르는 전류 및 두 개의 CCD 카메라에 의해 기록된 강도 분포를 모니터링합니다.</li>
</ol>

<ol><li>Ozbay, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Plasmonics%3A+Merging+photonics+and+electronics+at+nanoscale+dimensions%5BTitle%5D)+AND+%22Sci%22%5BJournal%5D)">Plasmonics: Merging photonics and electronics at nanoscale dimensions.</a> Sci. 311 (5758), 189-193 (1126).</li>
<li>Zia, R., Schuller, J. A., Chandran, A., Brongersma, M. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Plasmonics%3A+the+next+chip-scale+technology%5BTitle%5D)+AND+%22Mater.+Today%22%5BJournal%5D)">Plasmonics: the next chip-scale technology.</a> Mater. Today. 9 (7), (2006).</li>
<li>Genet, W., C,, Bozhevolnyi, S. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Surface-plasmon+circuitry%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Today%22%5BJournal%5D)">Surface-plasmon circuitry.</a> Phys. Today. 61 (5), 44-50 (2008).</li>
<li>Pyayt, A. L., Wiley, B., Xia, Y., Chen, A., Dalton, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Integration+of+photonic+and+silver+nanowire+plasmonic+waveguides%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Nanotechnol%22%5BJournal%5D)">Integration of photonic and silver nanowire plasmonic waveguides.</a> Nat. Nanotechnol. 3, 660-665 (2008).</li>
<li>Dickson, R. M., Lyon, L. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Unidirectional+Plasmon+Propagation+in+Metallic+Nanowires%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Phys.+Chem.+B%22%5BJournal%5D)">Unidirectional Plasmon Propagation in Metallic Nanowires.</a> J. Phys. Chem. B. 104, 6095-6098 (2000).</li>
<li>Kan, C. X., Zhu, J. -J., Zhu, X. -G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Silver+nanostructures+with+well-controlled+shapes-synthesis%2C+characterization+and+growth+mechanism%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Phys.+D%3A+Appl.+Phys%22%5BJournal%5D)">Silver nanostructures with well-controlled shapes-synthesis, characterization and growth mechanism.</a> J. Phys. D: Appl. Phys. 41 (15), 155304(2008).</li>
<li>Song, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electron-induced+limitation+of+surface+plasmon+propagation+in+silver+nanowires%5BTitle%5D)+AND+%22Nanotechnol%22%5BJournal%5D)">Electron-induced limitation of surface plasmon propagation in silver nanowires.</a> Nanotechnol. 24 (9), (2013).</li>
<li>Drezet, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Leakage+radiation+microscopy+of+surface+plasmonpolaritons%5BTitle%5D)+AND+%22Mater.+Sci.+Eng.+B%22%5BJournal%5D)">Leakage radiation microscopy of surface plasmonpolaritons.</a> Mater. Sci. Eng. B. 148, 220-229 (2007).</li>
<li>Song, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Imaging+Symmetry-Selected+Corner+Plasmon+Modes+in+Penta-Twinned+Crystalline+Ag+Nanowires%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Nano%22%5BJournal%5D)">Imaging Symmetry-Selected Corner Plasmon Modes in Penta-Twinned Crystalline Ag Nanowires.</a> ACS Nano. 5 (7), 5874-5880 (1021).</li>
<li>Miljković, V., Shegai, T., Johansson, P., Käll, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Simulating+light+scattering+from+supported+plasmonic+nanowires%5BTitle%5D)+AND+%22Opt.+Express%22%5BJournal%5D)">Simulating light scattering from supported plasmonic nanowires.</a> Opt. Express. 20 (10), 10816-10826 (2012).</li>
<li>Massenot, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Polymer-metal+waveguides+characterization+by+Fourier+plane+leakage+radiation+microscopy%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Phys.+Lett%22%5BJournal%5D)">Polymer-metal waveguides characterization by Fourier plane leakage radiation microscopy.</a> Appl. Phys. Lett. 91, (2007).</li>
<li>Ditlbacher, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Silver+Nanowires+as+Surface+Plasmon+Resonators%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+Lett%22%5BJournal%5D)">Silver Nanowires as Surface Plasmon Resonators.</a> Phys. Rev. Lett. 95 (25), 257403(2005).</li>
<li>Margueritat, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Influence+of+the+number+of+nanoparticles+on+the+enhancement+properties+of+surface-enhanced+Raman+scattering+active+area%3A+sensitivity+versus+repeatability%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Nano%22%5BJournal%5D)">Influence of the number of nanoparticles on the enhancement properties of surface-enhanced Raman scattering active area: sensitivity versus repeatability.</a> ACS Nano. 5 (3), 1630-1638 (2011).</li>
<li>Rivera, T. P., Lecarme, O., Hartmann, J., Rossitto, E., Berton, K., Peyrade, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Assisted+convective-capillary+force+assembly+of+gold+colloids+in+a+microfluidic+cell%3A+Plasmonic+properties+of+deterministic+nanostructures%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Vac.+Sci.+Technol.+B%22%5BJournal%5D)">Assisted convective-capillary force assembly of gold colloids in a microfluidic cell: Plasmonic properties of deterministic nanostructures.</a> J. Vac. Sci. Technol. B. 26, 2513-2519 (2008).</li>
<li>Cronin, S. B., et al. Thermoelectric investigation of bismuth nanowires. 18th international conference on Thermoelectrics, , 554-557 (1999).</li>
<li>Cronin, S. B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Making+electrical+contacts+yo+nanowires+with+a+thick+oxide+coating%5BTitle%5D)+AND+%22Nanotechnol%22%5BJournal%5D)">Making electrical contacts yo nanowires with a thick oxide coating.</a> Nanotechnol. 13 (5), 653(2002).</li>
<li>Colasdes Francs, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Integrated+plasmonic+waveguides%3A+A+mode+solver+based+on+density+of+states+formulation%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+B%22%5BJournal%5D)">Integrated plasmonic waveguides: A mode solver based on density of states formulation.</a> Phys. Rev. B. 80 (11), 115419(2009).</li>
<li>Stahlmecke, B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electromigration+in+self-organized+single-crystalline+silver+nanowires%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Phys.+Lett%22%5BJournal%5D)">Electromigration in self-organized single-crystalline silver nanowires.</a> Appl. Phys. Lett. 88 (5), 053122(2006).</li>
<li>Kim, F., Sohn, K., Wu, J., Huang, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Chemical+Synthesis+of+Gold+Nanowires+in+Acidic+Solutions%5BTitle%5D)+AND+%22J.+American+Chem.+Soc%22%5BJournal%5D)">Chemical Synthesis of Gold Nanowires in Acidic Solutions.</a> J. American Chem. Soc. 130 (5), 14442-14443 (2008).</li>
<li>Novotny, L., Hecht, B. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aNovotny%2C+L+%22Princ.+Nano-Opt%22">Princ. Nano-Opt</a>. , Cambridge University Press. (2006).</li>
<li>Wang, W. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dip-pen+nanolithography+of+electrical+contacts+to+single-walled+carbon+nanotubes%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Nano%22%5BJournal%5D)">Dip-pen nanolithography of electrical contacts to single-walled carbon nanotubes.</a> ACS Nano. 3 (11), 35443-33551 (2009).</li>
<li>Kuzyk, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dielectrophoresis+at+the+nanoscale%5BTitle%5D)+AND+%22Electrophoresis%22%5BJournal%5D)">Dielectrophoresis at the nanoscale.</a> Electrophoresis. 32 (17), 2307-2313 (2011).</li>
<li>Freer, E. M., Grachev, O., Duan, X., Martin, S., Stumbo, D. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High-yield+self-limiting+single-nanowire+assembly+with+dielectrophoresis%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Technol%22%5BJournal%5D)">High-yield self-limiting single-nanowire assembly with dielectrophoresis.</a> Nat. Technol. 5, 525-530 (2010).</li>
<li>Huang, J. -S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Atomically-flat+single-crystalline+gold+nanostructures+for+plasmonic+nanocircuitry%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Comm%22%5BJournal%5D)">Atomically-flat single-crystalline gold nanostructures for plasmonic nanocircuitry.</a> Nat. Comm. 1, 150(2010).</li>
</ol>

저자는 경쟁하는 금전적 이해관계가 없음을 선언합니다.

합성은 그림 9(a)의 투과 전자 현미경 사진에 표시된 바와 같이 나노와이어 표면에 결합된 과잉 화학 계면활성제를 사용합니다. 이 층은 전류가 전극-나노와이어 인터페이스를 통해 흐르는 것을 방지하는 유전체 장벽을 생성합니다. 그림 10(a)와 (b)는 전류-전압 특성의 일반적인 예를 보여줍니다. 특정 바이어스에서 급격한 전류 단계가 곡선을 강조합니다. 이러한 단계는 나노와이어의 전류 밀도가 계면활성제 층을 물리적으로 파괴할 만큼 충분히 클 때 발생합니다. 전극과 나노와이어 사이의 옴 접촉은 종종 1-3단계 후에 설정됩니다. 해당 전도점의 일반적인 전류 값은 5V보다 약간 낮은 바이어스에 대해 10-1mA 범위에 있습니다. 바이어스를 더 높일 때는 특별한 주의를 기울여야 합니다. 이 전기적 조건에서 전류 밀도는 전기 이동 임계값에 도달하여 나노와이어를 돌이킬 수 없는 파괴로 이어질 수 있습니다. 옴 접점이 설정되면 전류/전압 특성은 금속 접...

Plasmonics는 표면 플라즈몬 폴라리톤1,2,3이라고 하는 전자 밀도파의 중재를 통해 전자 장치와 포토닉스를 공유된 물리적 지지로 병합하는 것을 목표로 합니다. 표면 플라즈몬은 다양한 도파관 형상 및 계면으로 이동할 수 있습니다. 그 중에서도 금속 나노와이어가 특히 바람직하다. 준 1차원 구조로서 플라즈몬 필드를 깊은 하위 파장 규모로 크게 제한하는 동시에 그림 1의 예술적 그림에서 볼 수 있듯이 전자 흐름을 유지할 수 있는 전기 상호 연결 역할을 합니다.
표면 플라즈몬 전파와 전자 수송은 모두 나노와이어의 구조적 불균일성(예: 꼬임, 결정 결함 등)에 민감합니다. 결함이 거의없는 단결정으로 성장할 수 있기 때문에 화학적으로 합성 된 금속 나노 와이어6 는 일반적으로 하향식 접근 방식 (예 : 전자빔 리소그래피)으로 제작 된 비정질 금속 나노 와이어에 비해 향상된 수송 성능을 제공합니다 12 . 플라즈몬 네트워크 유닛 셀의 실현은 나노와이어를 콜로이드 용액에서 유리 기판으로 이동시켜야 합니다. 표면 기능화(surface functionalization) 13 또는 자기 조립 기술(self-assembly technique) 14과 같은 특정한 복잡한 프리패터닝(prepatterning)이 없다면, 나노와이어는 일반적으로 기판 상에 무작위로 배향됩니다. 이러한 제어되지 않은 방향 분포는 외부 전원에 대한 나노와이어의 전기적 연결을 크게 복잡하게 만듭니다.
이 기사에서는 무작위 방향의 화학적으로 합성된 은 나노와이어가 소스 및 드레인 전기 단자에 의해 성공적으로 접촉합니다. 이를 위해 광학 현미경은 전자빔 리소그래피와 결합되어 나노 와이어를 정확하게 찾고 전기 접점15,16을 생성합니다. 회로의 전기 플라즈몬 성능을 평가하는 특성화 절차가 설명됩니다. 전극 제작 후, 접촉된 나노와이어는 표면 플라즈몬의 전파에 대한 전자 흐름의 영향을 분석하기 위해 표면 플라즈몬 누설 방사선 현미경으로 전달됩니다. 현미경은 높은 개구수 오일 이멀젼 대물렌즈와 두 개의 전하 결합 소자(CCD) 카메라가 각각 공액 물체 평면과 공액 푸리에 평면에 배치된 반전 베이스를 사용합니다. 이 두 켤레 평면은 표면 플라즈몬 특성에 대한 상호 보완적인 정보를 제공합니다. 전파의 세부 사항은 이미지 평면 분석에서 직접 추론되는 반면, 운동량 분포는 푸리에 평면 이미징9에 의해 시각화됩니다.
표면 플라즈몬은 유리/공기 계면의 회절 제한 지점에 근적외선 레이저 빔을 집중시켜 개별 나노와이어에서 여기됩니다. 나노와이어 말단이 초점 영역 내부에 정렬되면 산란된 입사 레이저 광은 광범위한 파동 벡터의 분포를 생성하며, 그 중 일부는 표면 플라즈몬의 여기와 공명합니다. 이 표면파의 전파는 기판에서 방출되는 모드의 누출을 수집하거나 나노와이어 말단부에 흩어져 있는 플라즈몬을 관찰하여 시각화됩니다. leaky surface plasmon mode의 전파 길이와 유효 지수는 dual-plane leakage radiation microscopy에서 강도 분포를 분석하여 측정합니다.
나노와이어에서 표면 플라즈몬이 발생하면 나노와이어의 각 끝에 있는 드레인 및 소스 단자가 조절된 전압 공급 장치에 연결됩니다. CCD 카메라는 나노와이어를 통해 흐르는 전류의 함수로 표면 플라즈몬 특성을 실시간으로 모니터링합니다. 전기 전달 특성의 각 값에 대해 표면 플라즈몬 모드의 유효 지수와 전파 길이가 결정됩니다. 이 절차를 통해 전자와 플라즈몬7의 수송을 동시에 유지하기 위해 나노 와이어 기반 회로의 한계를 추정 할 수 있습니다.

<table><tbody><tr><td>DMEM</td><td>Invitrogen</td><td>ABCD1234</td><td></td></tr><tr><td>에틸렌 글리콜 (EG)</td> <td>Sinopharm 화학 시약 (</td>주<td>)</td> T20111130 <td></td></tr><tr><td>PMMA</td><td>Allresist</td><td>AR-P 679</td><td></td></tr><tr><td>아세톤 Analar Normapur</td><td>VWR Prolabo</td><td>20066.296</td><td></td></tr><tr><td>이소프로판올 (IPA) Analar Normapur</td><td>VWR Prolabo</td><td>20842.298</td><td></td></tr><tr><td>AgNO3</td><td>Sinopharm Chemical Reagent Co., Ltd</td><td>20080826</td><td></td></tr><tr><td>폴리(비닐피롤리돈) (PVP)</td><td>Aladdin Chemistry Co., Ltd</td><td>1041671-31744</td><td></td></tr><tr><td>Dimethysilicone</td><td>Sinopharm Group Company Limited</td><td>H201-500</td><td></td></tr><tr><td>프로필렌 글리콜 메틸 에테르 아세테이</td>트 <td>Microchemicals Gmbh</td><td>AZ EBR</td><td></td></tr><tr><td>도립 광학 현미경</td><td>Nikon</td><td>TE 2000</td><td></td></tr><tr><td>현미경 대물</td>렌즈 <td>Nikon</td><td>1.49/100X TIRF Plan-Apo</td><td></td></tr><tr><td>CCD 카메라(2x)</td><td>Andor</td><td>Luca-S</td><td></td></tr><tr><td>레귤레이트 전원 공급 장치</td><td>RHK</td><td>SPM 1000</td><td></td></tr><tr><td>수집 데이터</td><td>RHK</td><td>SPM 1000</td><td></td></tr><tr><td>전류-전압 변환기</td><td>수제</td><td>이득 10mA/V</td><td></td></tr><tr><td>전자빔 현미경</td><td>JEOL</td><td>FEG 6500</td><td></td></tr><tr><td>리소그래피 애드온</td><td>RAITH</td><td>Elphy</td><td></td></tr><tr><td>Spincoater</td><td>PRIMUS</td><td>STT15</td><td></td></tr><tr><td>열 증발기</td><td>PLASSYS</td><td>MEB 400</td><td></td></tr><tr><td>마이크로미터 프로빙 스테이지 (2x)</td><td>S&Uuml; SS MicroTec</td><td>PH110</td><td></td></tr><tr><td>압전 무대</td><td>Mad City Labs</td><td>Nano LP100</td><td></td></tr></tbody></table>

전류 운반은 나노와이어의 플라즈몬 수송 평가

Evaluating Plasmonic Transport in Current-carrying Silver Nanowires

플라즈모닉은 플라즈몬 신호와 전자 신호를 동시에 동일한 정보 지원1,2,3으로 전송할 수 있는 새로운 기술입니다. 이러한 맥락에서, 금속 나노와이어는 밀집된 라우팅 네트워크4를 실현하는 데 특히 바람직합니다. 이러한 공유 나노와이어 기반 플랫폼을 작동하기 위한 전제 조건은 개별 금속 나노와이어를 전기적으로 접촉하고 이 정보 지원에서 표면 플라즈몬 폴라리톤5를 효율적으로 여기시키는 능력에 달려 있습니다. 이 기사에서는 유리 기판7에 무작위로 분포된 화학적으로 합성된 은 나노와이어6에 전기 단자를 가져오는 프로토콜에 대해 설명합니다. 미리 정의된 랜드마크에 대한 나노와이어 끝단의 위치는 전자에 민감한 레지스트에 캡슐화하기 전에 표준 광학 투과 현미경을 사용하여 정확하게 배치됩니다. 전극 레이아웃을 나타내는 트렌치는 이후에 전자빔 리소그래피에 의해 설계됩니다. 그런 다음 금속 전극은 Cr/Au 층을 열적으로 증발시킨 다음 화학적 리프트오프를 통해 제작됩니다. 접촉된 은 나노와이어는 최종적으로 표면 플라즈몬 여기 및 특성화를 위해 누설 방사선 현미경으로 이송됩니다8,9. 표면 플라즈몬은 하나의 나노 와이어 말단과 겹치는 회절 제한 지점에 근적외선 레이저 빔을 집중시킴으로써 나노 와이어에서 발사됩니다5,9. 충분히 큰 나노 와이어의 경우, 표면 플라즈몬 모드는 유리 기판(9,10)으로 누출됩니다. 이 누출 방사선은 누출 방사선 현미경9,11의 서로 다른 켤레 평면에서 쉽게 감지, 이미징 및 분석됩니다. 전기 단자는 플라즈몬 전파에 영향을 미치지 않습니다. 그러나 전류에 의한 나노와이어의 형태학적 열화는 표면 플라즈몬의 흐름을 급격히 저하시킵니다. 표면 플라즈몬 누설 방사선 현미경 검사와 나노와이어 전기 수송 특성의 동시 분석의 조합은 이러한 플라즈몬 회로의 본질적인 한계를 보여줍니다.

그림 2(a)는 위에서 설명한 프로토콜을 사용하여 합성된 전형적인 길이 10 mm의 Ag 나노와이어의 주사 전자 현미경 사진을 보여줍니다. 나노와이어의 너비는 그림 2(b)의 왼쪽 끝부분 확대도에서 보는 바와 같이 200 nm입니다. 이 그림은 결정 성장의 5회 대칭성을 명확하게 보여줍니다. 나노와이어 표면에는 눈에 띄는 결함(예: 킹크, 입자 등)이 없습니다. 합성을 통해 나노와이어의 길이와 너비가 넓게 분포됩니다. 그림 2(a)에서 가장 두꺼운 나노와이어 주변으로 더 짧고 작은 나노와이어들이 뚜렷하게 보입니다.
그림 3은 유리 기판 위에 리소그래피로 형성된 정렬 마크의 전형적인 주사 전자 현미경 사진을 보여줍니다. 기록 영역의 모서리에 위치한 4개의 큰 정렬 마크(실선 화살표)는 연속적인 리소그래피 단계 간의 좌표계를 보고하...

은 나노 와이어는 표면 플라즈몬 형태로 전자와 광학 정보를 동시에 전송할 수 있습니다. 이러한 공유 회로를 실현하기 위한 절차가 여기에 설명되어 있으며, 두 정보 캐리어를 전파하는 데 있어서의 한계가 평가됩니다.

Plasmonics is an emerging technology capable of simultaneously transporting a plasmonic signal and an electronic signal on the same information ...

이 나노와이어 기반 플라스모닉 회로는 전자와 표면 플라스몬을 동시에 수송합니다. 공유 정보 지지체 상에 정렬 표시가 되어 있고 PA 처리가 된 유리 커버 슬립 위에 은 나노와이어 콜로이드 용액을 먼저 드롭 캐스팅합니다. 그 다음 설계 소프트웨어를 사용하여 나노와이어의 끝단을 선택하고, 전자빔 리소그래피를 통해 접촉 전극을 정밀하게 제작합니다.다음으로, 표면 플라스몬 누설 방사 현미경을 사용하여 접촉된 은 나노와이어의 특성을 조사합니다. 표면 플라스몬의 유효 굴절률 및 전파 길이 결과는 인가된 바이어스 전압의 함수에 따른 표면 플라스몬 특성의 변화를 보여줄 수 있습니다. 저는 결정질 나노와이어가 전기적 명령을 전달하는 동시에 광학 신호를 운송하는 데 사용될 수 있다는 점이 명확해졌을 때 이 방법을 개발하려는 아이디어를 처음 갖게 되었습니다.나노와이어의 표면 플라즈몬 여기 과정을 시연하겠습니다. 저희 연구실의 엔지니어 Ana가 진행하겠습니다. 나노와이어 솔루션을 에탄올로 희석하여 기판 상의 나노와이어 밀도가 10 square microns당 약 1개가 되도록 합니다. 그런 다음, 솔루션 50 µL를 피펫으로 취해 사전 처리된 PA 기판 위에 드롭 캐스팅하고, 질소 가스로 건조시킵니다.나노와이어가 증착된 기판을 표준 보정된 광학 현미경 위에 놓고, 가장 가까운 정렬 마크를 기준으로 고품질의 독립된 일련의 나노와이어 양 끝단의 위치를 정밀하게 파악합니다. 측정된 나노와이어의 위치를 사용하여 전극 레이아웃을 설계합니다. 텅스텐 전압 프로브를 전극에 연결할 수 있도록 커다란 수신 패드를 포함시킵니다.나노와이어에 폴리메틸 메타크릴레이트(polymethyl methacrylate) 전자빔 레지스트 160 µL를 피펫으로 분주합니다. 그 다음, 다음과 같은 연속 코팅 파라미터로 나노와이어가 덮인 기판을 스핀 코팅합니다. 샘플을 170 °C에서 10분 동안 베이크합니다.동일한 전자빔을 사용하여 두 번째 레지스트 층에 대해 동일한 과정을 반복합니다. 두 층 모두 레지스트를 도포합니다. 이제 시료 상단에 얇은 전도성 금 층을 스퍼터링합니다.패러데이 케이지를 사용하여 리소그래피 장비가 갖춰진 전자빔 현미경으로 샘플을 옮깁니다. 빔 전류를 측정합니다. 그 다음, 정렬 마크를 사용하여 전자빔 현미경의 좌표계를 보정합니다.설계 레이아웃에 따라 샘플을 노광합니다. 단계 크기를 설정하고, 특정 선량과 빔 전류에 따른 픽셀당 체류 시간을 결정합니다. 이제 메틸 이소부틸 케톤과 이소프로판올을 1:3 비율로 혼합하여 45초 동안 샘플을 현상합니다.그런 다음 공정을 중단하기 위해, 현상된 샘플을 이소프로판올에 45초 동안 더 담급니다. 기판을 기본 압력 8 × 10⁻⁸ mbar, 증착 속도 0.1 nm/s로 작동하는 금속 증착기로 옮깁니다. 2 nm 두께의 크롬 접착층을 증착한 후 70 nm의 금을 증착합니다. 70 °C로 가열된 아세톤을 사용하여 약 1.5시간 동안 샘플의 화학적 리프트오프를 진행합니다.고개구수 대물렌즈와 2축 피에조 전기 스테이지가 장착된 표면 플라즈마 및 누설 현미경을 설치하십시오. 시료의 위치를 조정하기 위해 근적외선 레이저로부터 코팅된 가우시안 빔을 준비하십시오. 여기 파장이 길수록 플라즈마 전파 거리가 더 길어집니다.현미경 내에서 빔을 정렬하십시오. 빔 스플리터와 현미경의 한 출구 포트에 배치된 일련의 릴레이 렌즈의 도움을 받아, 콜리메이트된 빔의 직경이 현미경의 입사동을 완전히 채워 유리-공기 계면에서 회절 한계 초점 스팟이 형성되는지 확인하십시오. 이때 객체 평면 및 푸리에 평면과 각각 공액인 두 평면을 형성하고, 이 공액 평면의 위치에 두 대의 전하 결합 소자(CCD) 카메라를 배치하십시오. 이제 피에조 전기 스테이지를 사용하여, 선택된 접촉된 나노와이어의 끝단이 초점 스팟과 겹치도록 정렬하십시오.플라즈마 모드로의 광 결합을 최대화하도록 위치를 조정하십시오. 3차원 기계적 프로버(mechanical prober)에 장착된 텅스텐 팁이 있는 전기 단자의 수신 패드에 조절된 전원 공급 장치를 연결하십시오. 회로에 저이득 전류-전압 변환기 또는 전류계를 삽입하십시오.그 후 인가된 바이어스, 나노 와이어를 통해 흐르는 전류, 그리고 두 대의 CCD 카메라에 기록된 강도 분포를 모니터링합니다. 이 주사 전자 현미경 사진은 전형적인 10 µm 길이의 은 나노 와이어를 보여줍니다. 왼쪽 끝부분의 확대도는 결정 성장의 5회 대칭을 가진 200 nm 너비의 나노 와이어를 나타냅니다.이 주사 전자 현미경 사진들은 유리 기판 위에 리소그래피로 새겨진 정렬 마크를 보여줍니다. 기록 영역 중앙에 표시된 십자 표식은 광학 현미경의 도움을 받아 무작위로 증착된 나노와이어의 위치를 정확하게 찾아내는 역할을 합니다. 이 전극들은 전자빔 리소그래피를 통해 설계되었으며, 이후 2 nm 크롬과 70 nm 금을 순차적으로 증착하여 제작되었습니다.여기 누설 방사선 이미지는 전기적 연결이 없는 베어 실버 나노와이어에서 표면 플라스마가 발달하는 모습을 보여줍니다. 집중 여기(focused excitation)가 나노와이어 강도 분포의 한쪽 끝단과 겹쳐 강도가 포화된 영역으로 나타남에 유의하십시오. 이후 푸리에 평면에서 기록되었습니다. 플라스마 모드의 유효 굴절률 위치와 전파 길이는 데이터에 대한 Lian 피팅을 통해 추출됩니다.이 이미지는 전기적으로 연결된 은 나노와이어에서 누설 표면 플라즈마 모드의 전파를 보여줍니다. 이 이중 평면 이미징 기법에 포함된 정보를 사용하여, 나노와이어에 전류 흐름이 형성되었을 때 표면 플라즈마의 특성을 평가합니다. 이러한 대표적인 결과들은 전극에 인가된 전압 바이어스에 따른 표면 플라즈마 특성의 변화를 보여줍니다.은 나노와이어의 전류-전압 특성은 전기 이동으로 인한 파괴 현상을 보여줍니다. 플라스마 유효 굴절률과 반치폭은 4-plane 분석을 통해 도출되었으며, 전기적 파단에 가까운 각 바이어스 전압에 대해 보고되었습니다. 플라스마는 더 이상 나노와이어의 원위단에 도달하지 않습니다.이는 누설 방사선 이미지에 의해 확인됩니다. 이러한 고해상도 투과 전자 현미경 사진은 합성된 은 나노와이어 표면에 계면활성제가 존재하여 전류 흐름에 영향을 미치고 있음을 보여줍니다. 이 층은 계면을 통한 전류 흐름을 방해하는 유전체 장벽을 형성합니다.이 그래프들은 초기 바이어스 스윕(bias sweep) 중에 측정된 두 개의 서로 다른 연결된 나노와이어의 전류-전압 특성을 보여줍니다. 곡선 중간에 나타나는 갑작스러운 전류 점프는 금 전극과 나노와이어 표면 사이에 위치한 계면활성제 층의 부분적인 파괴를 나타냅니다. 이후의 전압 스윕에서 선형 특성이 나타나면 오믹 접촉(omic contact)이 형성된 것입니다.이 영상을 시청한 후, 무작위로 증착된 금속 나노와이어에 전기적 접촉을 형성하는 방법과, 이러한 1차원 도파관 내의 표면 플라즈몬 및 전파를 결정하는 임계 매개변수를 측정하는 방법에 대해 충분히 이해하게 될 것입니다.

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전류를 전달하는 실버 나노와이어에서 플라즈몬 전달 평가

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표면 플라스몬 여기에 의해 콜로이드 Au 나노로드에 Pd의 포토포지션

여기에 제시된 은 팔라듐(Ag-Pd) 합금 나노입자(NPs)의 합성을 위한 프로토콜이 ZrO 2(Ag-Pd/ZrO2)에서지원된다. 이 시스템은 가시광선 조사에서 에너지를 수확하여 분자 변환을 가속화하고 제어할 수 있도록 합니다. 이것은 Ag-Pd/ZrO2 NPs에 의해 촉매화된 빛 조사에서 니트로벤젠 감소에 의해 삽화됩니다.

가시광선 조명 아래 플라스모닉 촉매용 실버 팔라듐 합금 나노 입자 의 준비

학습하세요 은 나노와이어를 이용한 전자와 표면 플라즈몬 동시 수송 방법을 통해 플라즈몬 회로의 특성을 평가하는 기술입니다. 이 방법은 통합 광전자 시스템 개발에 활용됩니다.

전류 운반은 나노와이어의 플라즈몬 수송 평가

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