Name: 콜 로이드 리소 그래피를 사용 하 여 정기적 금 Nanocup 배열의 제작 (동영상) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-09-02T13:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 21 s
Description: 배우세요 콜로이드 리소그래피를 이용한 금 나노컵 주기적 배열 제작 방법입니다. 폴리스티렌 나노구체 자기조립을 활용한 저비용 기술로 화학 센싱 및 비선형 광학에 응용 가능한 유연한 투명 나노플라즈모닉 필름을 제작합니다.

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이 연구에는 평화로운 북 서 국립 연구소 (PNNL), Battelle 기념탑 학회 운영에 대 한 학과의 에너지 (DOE) 계약 번호에서 수행 되었다 드-AC05-76RL01830입니다. 저자는 기꺼이 부처간 계약 SIAA15AVCVPO10 아래의 키 확인 자산 펀드 (V 기금)를 통해 미 국무부의 지원을 인정 한다.

1. 재료 준비 <ol><li>청소를 위해 석 영 캐리어에 여러 2 인치 실리콘 웨이퍼를 배치 하 고 플라즈마 에칭 시스템에 실리콘 웨이퍼를 로드. 적어도 75 mTorr 도달할 때까지 아래로 진공 챔버를 펌프. 이 분 정도 걸릴 수 있습니다.</li>
	<li>O 2 (30 sccm) 가스의 흐름을 시작 하 고 안정 압력 허용. 15 분을 식 각 시간을 설정 합니다. 챔버 압력 안정화는 일단 시작 고주파 (RF) 13.56 m h z 250 W 플라즈마. 
	참고:이 단계는 어떤 유기의 실리콘 웨이퍼를 청소 오염 및 functionalizes는 표면으로 hydroxylated (-오) 친수성 표면 보장 하는 moieties.</li>
	<li>대기 플라즈마 청소 완료 단계 동안 냉장고 (4 ° C)에서 상업적으로 구입한 폴리스 티 렌 나노 (170 nm 직경, 10% 고체, 0.5% 나트륨 라우릴 황산 염)을 제거 합니다. 실내 온도를 따뜻하게 컨테이너 허용.</li>
	<li>짧게 (1 분)와 동 sonicate (35 kHz, 1 분) 나노 응집을 최소화 하기 위해 폴리스 티 렌 나노와.</li>
	<li>깨끗 한 유리 유리병에 170 nm 폴리스 티 렌 나노의 1.0 mL를 측정 하 고 H 2 O를 5% 고체 콜 로이드 현 탁 액 1.0 mL를 추가.</li>
	<li>15 분 후 O 2의 흐름을 중지, 진공 챔버, 환기 하 고 갓 청소 웨이퍼 제거.</li>
</ol> 2. 스핀-코팅의 폴리스 티 렌 나노 템플릿 <ol><li>언로드 청소 실리콘 웨이퍼는 플라즈마 에칭에서. 다음 스핀 coater에 2 인치 웨이퍼를 탑재 합니다. O-링은 모든 파편의 분명 제대로 중심으로 확인 합니다. 진공을 시작 하 고 웨이퍼 무대에 단단히 연결 되어 있는지 확인 하십시오.</li>
	<li>는 Spin coater의 스핀 매개 변수를 설정합니다. 이 매개 변수는 우선 크기에 따라 다릅니다. 5 %170 nm 나노 솔루션에 대 한 준비가 스핀 coater 스핀 시간 1 분, 3000 rpm의 속도 2000 rpm의 가속도의 1 단계 과정/s.</li>
	<li>철회 일회용 주사기를 사용 하 여, ~ 1 mL 유리병에서 콜 로이드 서 스 펜 션의. 유리병을 따로 설정 합니다. 5 µ m 주사기 필터 하 고 주사기의 끝에 그것을 배치. 될 때까지 현 탁 액의 물방울 팁 주사기를 우울. 필터 제거 바람직하지 않은 집계 하 고 미 립 자는 크게 영화 품질을 줄일 수 있습니다.</li>
	<li>표면의 약 2/3를 커버 하는 웨이퍼의 센터에 직접 충분 한 서 스 펜 션 입금. 그 영화 품질에 영향을 줄 수 있기 때문에 거품을 최소화 하십시오. Spin coater 뚜껑을 닫고 시작을 누릅니다. 이 과정 동안, 나노 자기 조립으로 웨이퍼의 표면에 박막의 간섭 효과 볼 수 수 있습니다. 이 나노 직경에 따라 달라 집니다.</li>
	<li>진공 비활성화 후 스핀 코팅 된 웨이퍼를 제거 합니다. 그릇과 뚜껑 제거 초과 나노 스핀 coater 닦아.</li>
</ol> 3. 영화 품질 평가 및 에칭에 대 한 준비 <ol><li>시각적으로 줄무늬 또는 스핀 코팅 과정에서 미 립 자에 의해 발생 되어 수 구멍 등 눈에 띄는 결함을 찾고 자기 조립 필름의 품질 평가.</li>
	<li>광학 현미경 웨이퍼를 배치 하 여 영화 품질을 평가 합니다. 결정 입자 경계 그리고 몇몇 결함은 정상입니다. 웨이퍼 큰 uncoated 지역 또는 명백한 다층 경우 더 균일 한 필름을 얻기 위해 스핀 매개 변수를 조정할 필요가 있다. 전자 현미경도 영화 품질을 평가 하기 위해 사용할 수 있습니다.</li>
	<li>20 X 목표를 사용 하 여 실리콘 웨이퍼의 표면에는 현미경와 광원 설정. 균일성을 보장 하기 위해 웨이퍼에 걸쳐 여러 장소에서 품질 평가.</li>
	<li>최종 필름 품질 체크는 나노를 시각화 하기 위해 스캐닝 전자 현미경 (SEM)을 사용 하는 자기 조립는 nanoscale에. 상대적으로 신속 하 게이 기술을 사용 하 여 웨이퍼의 작은 부분에 걸쳐 다층, 구멍, 및 곡물 경계/결함의 정도 평가 하는 것이 가능 하다.</li>
	<li>충분 한 영화를 얻은 일단 오븐 (107 ° C)에 2 분 anneal 자기 조립된 나노 웨이퍼를 놓습니다. 이 기판에 접착을 장려 하는 데 도움이 하 고 에칭 후 더 나은 nanopatterned 표면 생성.</li>
</ol> 4. 에칭, 금속 증 착, 및 광학 특성 <ol><li>플라즈마 에칭으로 단련 된 웨이퍼를 로드 하 고 시작 프로세스 펌프.</li>
	<li>진공 챔버에 도달 하면 적어도 75 mTorr, O 2 (20 sccm) 가스의 흐름을 시작 하 고 안정화 하는 압력에 대 한 기다립니다. 165에 대 한 RF 플라즈마 (75 W) 시작 s.</li>
	<li>RF 플라즈마 주기 완료 되 면 O 2의 흐름을 중지 하 고 챔버 환기.</li>
	<li>기판은 지금 에칭 하 고 준비 금속 증 착 이다. 스퍼터 coater 샘플을 전송 하 고 얇은 예금 (20 nm) 골드의 레이어. 증 착 각도 변화는 nanocups의 광학 속성을 변경 하려면 사용할 수 있습니다. 이 경우에, 금속 증 착 기판에 일반적으로 사건 수행 했다.</li>
	<li>금속 증 착, 후 기판의 특징 수 있습니다 광학 분광학을 사용 하 여. 금속을 입힌 기판의 표면에 microspectrophotometer 고 반사율 스펙트럼을 측정. 170 nm 에칭 나노 배열에 대 한는 LSPR 했다 615 nm.</li>
	<li>사용 압력에 민감한 접착 테이프, 부드럽게 기판 접촉 영화를 놓습니다. 그것은 형성 하는 핀셋을 사용 하 여 인터페이스에서 모든 기포를 제거 해야 할 수 있습니다.</li>
	<li>테이프는 기판에 접촉 되 면, 테이프 수 수 즉시 벗 겨는 nanocups 기판 표면에서 제거 하. 부드럽게 껍질 다시 테이프와 결과 금 nanocups의 유연 하 고 멀 영화.</li>
</ol>

<ol><li>Fang, Y., Sun, M. <a target="_blank" href="https://www.nature.com/lsa/journal/v4/n6/full/lsa201567a.html">Nanoplasmonic waveguides: towards applications in integrated nanophotonic circuits.</a> Light Sci Appl. 4, e294(2015).</li>
<li>Li, J. F., Anema, J. R., Wandlowski, T., Tian, Z. Q. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dielectric+shell+isolated+and+graphene+shell+isolated+nanoparticle+enhanced+Raman+spectroscopies+and+their+applications%5BTitle%5D)+AND+%22Chemical+Society+Reviews%22%5BJournal%5D)">Dielectric shell isolated and graphene shell isolated nanoparticle enhanced Raman spectroscopies and their applications.</a> Chemical Society Reviews. 44 (23), 8399-8409 (2015).</li>
<li>Wang, L., et al. <a target="_blank" href="http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsphotonics.5b00725">Large Area Plasmonic Color Palettes with Expanded Gamut Using Colloidal Self-Assembly.</a> ACS Photonics. , (2016).</li>
<li>Taylor, A. B., Michaux, P., Mohsin, A. S. M., Chon, J. W. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electron-beam+lithography+of+plasmonic+nanorod+arrays+for+multilayered+optical+storage%5BTitle%5D)+AND+%22Optics+Express%22%5BJournal%5D)">Electron-beam lithography of plasmonic nanorod arrays for multilayered optical storage.</a> Optics Express. 22 (11), 13234-13243 (2014).</li>
<li>Endo, H., Mochizuki, Y., Tamura, M., Kawai, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fabrication+and+Functionalization+of+Periodically+Aligned+Metallic+Nanocup+Arrays+Using+Colloidal+Lithography+with+a+Sinusoidally+Wrinkled+Substrate%5BTitle%5D)+AND+%22Langmuir%22%5BJournal%5D)">Fabrication and Functionalization of Periodically Aligned Metallic Nanocup Arrays Using Colloidal Lithography with a Sinusoidally Wrinkled Substrate.</a> Langmuir. 29 (48), 15058-15064 (2013).</li>
<li>Wang, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Symmetry+breaking+in+individual+plasmonic+nanoparticles%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+the+National+Academy+of+Sciences%22%5BJournal%5D)">Symmetry breaking in individual plasmonic nanoparticles.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences. 103 (29), 10856-10860 (2006).</li>
<li>Wollet, L., et al. <a target="_blank" href="https://www.osapublishing.org/ome/abstract.cfm?uri=ome-2-10-1384">Plasmon hybridization in stacked metallic nanocups.</a> Optical Materials Express. 2 (10), 1384-1390 (2012).</li>
<li>Duempelmann, L., Casari, D., Luu-Dinh, A., Gallinet, B., Novotny, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Color+Rendering+Plasmonic+Aluminum+Substrates+with+Angular+Symmetry+Breaking%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Nano%22%5BJournal%5D)">Color Rendering Plasmonic Aluminum Substrates with Angular Symmetry Breaking.</a> ACS Nano. 9 (12), 12383-12391 (2015).</li>
<li>King, N. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Angle-+and+Spectral-Dependent+Light+Scattering+from+Plasmonic+Nanocups%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Nano%22%5BJournal%5D)">Angle- and Spectral-Dependent Light Scattering from Plasmonic Nanocups.</a> ACS Nano. 5 (9), 7254-7262 (2011).</li>
<li>Mirin, N. A., Halas, N. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Light-Bending+Nanoparticles%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Letters%22%5BJournal%5D)">Light-Bending Nanoparticles.</a> Nano Letters. 9 (3), 1255-1259 (2009).</li>
<li>Eggleston, M. S., Messer, K., Zhang, L., Yablonovitch, E., Wu, M. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optical+antenna+enhanced+spontaneous+emission%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+the+National+Academy+of+Sciences%22%5BJournal%5D)">Optical antenna enhanced spontaneous emission.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences. 112 (6), 1704-1709 (2015).</li>
<li>Bora, M., et al. <a target="_blank" href="http://aip.scitation.org/doi/abs/10.1063/1.4802910?journalCode=apl">Plasmonic black metals in resonant nanocavities.</a> Applied Physics Letters. 102 (25), 251105(2013).</li>
<li>Akselrod, G. M., et al. <a target="_blank" href="http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsphotonics.6b00357">Efficient Nanosecond Photoluminescence from Infrared PbS Quantum Dots Coupled to Plasmonic Nanoantennas.</a> ACS Photonics. , (2016).</li>
</ol>

저자는 공개 없다.

이 프로토콜 plasmonic 골드 nanocups의 주기적인 배열을 날조를 위한 저비용 고 효율적인 기법을 보여 줍니다. 이 기술은 전자 빔 리소 그래피 등 집중 된 이온 살 직렬 하향식 과정을 피할 수 있기 때문에 특히 유리 하다 밀링. 발표 기술 상용 고분자 나노 자동 추가 처리를 위해 나노 크기의 서식 파일을 간단한 방식으로 조립 될 수 있다 보여줍니다.
수정 및 문제 해결:
영화 품질 가난한 경우에, 그것은 나노 솔루션을 미리 필터링 해야 합니다. 여기, 우리는 5 µ m 주사기 필터를 사용 하지만 주사기 나노 직경에 따라 0.22 μ m로 필터를 사용 하는 것이 유리할 수 있습니다. 에칭 프로세스는 원하는 광학 응답을 조정할 수 있습니다. etch의 품질 비 감동 하 고 고르게 고분자 나노를 SEM을 사용 하 여 평가 되어야 한다. 특정 시스템에 대 한 식 각 매개 변수를 설정한 일단 re...

하위 회절 제한 回, 향상 된 화학 탐지, 및 광학 감지1와 같은 다양 한 흥미로운 기술에 대 한 향상 된 nanofabrication 및 합성 기술을 함께 염료의 출현이 가져왔다 ,2,3. 이 프로토콜, 상용 고분자 나노 금속 증 착 다음 한 에칭 단계를 사용 하 여 nanopatterned plasmonic 기판 조립 수 있는 확장 가능 하 고 상대적으로 낮은 비용 기술을 보여 줍니다. Nanopatterned 기판, 전자 빔 리소 그래피4, 같은 날조를 위한 다른 기법과 달리이 기술을 신속 하 고 효율적으로 확장할 수 있습니다 300mm 웨이퍼를와 넘어 최소의 노력와 사용 하는 전송 단계 유연 생산 하 고 등각 영화5.
로마 시대부터 우리는 그들은 정밀 하 게 분할 된다 때 특정 금속 금색과 은색 같은 화려한 광학 속성을 가질 수 있습니다 알려져 있다. 오늘, 우리는 이러한 금속 입자 효과 "지역화 표면 플라스몬 공명" 라는 전시 이해 (LSPR) 그들의 크기는 nanoscale에 접근 하는 때. LSPR는 서 파를 약하게 바인딩된 전자 금속에서 진동 coherently 때 특정 주파수의 빛 조명 금속 입자를 유사 합니다. 이방성 nanostructures 독특한 광학 공명 대칭6,,78파괴의 결과로 나타날 수 있는 때문에 특히 관심이 있습니다.
반-쉘 (nanocup) 구조 빛의 조명 전기 쌍 극 자 또는 금속, 입사광, 관련 기판의 방향의 증 착 각도 등 요인에 따라 자기 쌍 극 자 플라스몬 모드 자극 수 그리고 사건 빛9양극 화가 고 Nanocups 3 차원 분할 링 공 진 기, 공명 주파수 수 LC 발진기10,11로 접근에 유사한 고려 종종 있다. 여기에 사용 되는 고분자 나노의 크기에 대 한 공 진 주파수 (170 nm), 기 탁 금 금액 (20 nm), etch 속도 얻을 보이는 스패닝 공명 주파수와 적외선 근처
전송 또는 반사, 스핀 코팅에 사용 되는 기판에 따라 금 nanocups의 광학 속성을 측정할 수 있습니다. 제시 프로토콜에서 우리 2 인치 실리콘 웨이퍼 기판으로 사용 하 여 금속 증 착 후 반사율 측정을 수행 하기로 했다. 측정은 현미경 분산 분 광 기를 결합 하는 할로겐 광원으로 사용 하 여 수행 했다. 우리는 또한 금속 증 착 직후 전송 및 반사 측정에 대 한 수 있도록 유리 기판를 사용 하 여 성공을 했다. 또한,이 기술은 쉽게 확장할 수 있습니다 그리고 2 인치 웨이퍼에 국한 되지 않습니다. 높은-품질 단 분산 고분자 나노의 넓은 상업적인 가용성은 단순히 다르게 크기의 나노로 시작 하 여 이러한 구조의 광학 속성을 조정 하는 간단.
이 프로토콜 이방성 반-셸 (또는 nanocup) 골드 nanostructures 콜 로이드 리소 그래피 라는 메서드를 사용 하 여 증명을 조작 하는 기술. 콜 로이드 리소 그래피 신속 하 게 처리할 수 있는 추가 plasmonic 기판에 스퍼터 황금의 얇은 층을 코팅 후 기판 패턴의 높은 단 분산 고분자 나노 자기 조립 사용 합니다. 마찬가지로, 기판의 이방성 샘플 기판 금속 증 착 하는 동안 기울이기로 조정 가능 하다. 결과 구조는 분극 구분 형성된 nanostructure의 이방성 때문에. 여기, 하나의 특정 설명 케이스 및 광학 특성 및 구조를 투명 하 고 유연한 필름을 전송 하는 이륙 수행.

<table><tbody><tr><td>폴리스티렌 미세구체</td><td>Bangs Laboratories, Inc.</td><td>PS02N</td><td>170 nm &ndash; 580 nm</td></tr><tr><td>지름 실리콘 웨이퍼</td><td>El-CAT, Inc.</td><td>3489</td><td>300mm 두께, 한쪽 광택 [100]</td></tr><tr><td>접착 테이프</td><td>3M</td><td>Scotch 600</td><td></td></tr><tr><td>Spin coater</td><td>Laurell</td><td>WS-650-23B</td><td></td></tr><tr><td>Plasma etcher</td><td>Nordson March&nbsp;</td><td>AP-600</td><td></td></tr><tr><td>마이크로분광광도계</td><td>CRAIC</td><td>380-PV</td><td></td></tr><tr><td>Sonicator</td><td>VWR</td><td>97043-932</td><td></td></tr><tr><td>섬광 바이알</td><td>Wheaton</td><td>986734</td><td></td></tr><tr><td>5 um 주사기 필터</td><td>Millex</td><td>SLSV025LS</td><td></td></tr><tr><td>산소 가스</td><td>Oxarc</td><td>PO249&nbsp;</td><td>산업 급료 99.5% 순수성</td></tr><tr><td>진공 펌프</td><td>Kurt J. Lesker</td><td>Edwards 28</td><td></td></tr><tr><td>일회용 주사기</td><td>Air Tite Products Co.</td><td>14-817-25</td><td>1mL 용량</td></tr><tr><td>물</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>W4502</td><td></td></tr></tbody></table>

콜 로이드 리소 그래피를 사용 하 여 정기적 금 nanocup 배열의 제작

Fabrication of Periodic Gold Nanocup Arrays Using Colloidal Lithography

최근 몇 년 동안, 내 염료 분야 연구원은 화학 및 광학 감지 함께 새로운 nanofabrication 기법에 관련 된 흥미로운 응용 프로그램 증명으로 폭발 했다. 플라스몬 나노 금속 금과 독특한 광학 특성을 빌려주는 충전 밀도 진동의 양자 이다. 특히, 골드 및 실버 나노 입자는 보이는 스펙트럼에서 나노 입자의 표면에 지역화 된 표면 플라스몬 공명-집단 충전 밀도 진동 전시. 여기, 우리는 이방성 plasmonic nanostructures의 주기적인 배열 제작에 초점. 이러한 반-셸 (또는 nanocup) 구조 추가 독특한 빛 굽 힘 및 분극 의존 전시 수 있습니다 광학 속성을 간단한 등방성 nanostructures 수 없습니다. 연구원은 다양 한 저가 광학 장치, 표면 강화 라만 같은 응용 프로그램에 대 한 nanocups의 주기적인 배열 제작에 관심이 비 산, 그리고 표시를 조작. 우리는 콜 로이드 리소 그래피는 스핀 코팅을 사용 하 여 nanocups의 큰 주기적 배열을 쉽게 날조 하 고 상용 고분자 나노 자기 조립에 따라 확장 가능한 기법 제시. 전자 현미경과 광학 분광학 적외선 근처 (근처-적외선)를 볼 수에서 성공적인 nanocup 제조 확인 위해 수행 되었습니다. 우리는 유연 하 고, 등각 접착 필름 nanocups의 전송의 데모와 결론.

골드 nanocups 170 nm 직경 폴리스 티 렌 나노를 사용 하 여 준비 되었다. 107 ° C에서 2 분 동안 어 닐 링 및 165 대 75 W, 20 sccm O2 플라즈마 에칭 후 s, 결과 영화는 SEM (그림 1)를 사용 하 여 특징 이었다. 스핀-casted 영화의 품질을 평가, 시각적 검사-5 월에 광학 현미경 검사 법에 추가 될 사용 (그림 2). 높은-품질 영화 본질적으로 결함의 무료 되어야 합니다. 입자 경계는 일반적으로 높은-품질 영화 에서도 관찰 하지만 세부 사항에 주의 거의 포인트 결함 제거 가능 하다. 20의 스퍼터 코팅을 사용 하 여 골드의 귀착되 었 다 plasmonically-액티브 영화 및 광학 반사율 분광학 (그림 3)를 사용 하 여 특징 이었다. Pla...

우리는 콜 로이드 석판 기법을 사용 하 여 정기적 금 nanocup 배열의 제조를 설명 하 고 nanoplasmonic 영화의 중요성을 논의.

콜 로이드 리소 그래피를 사용 하 여 정기적 금 Nanocup 배열의 제작

Within recent years, the field of plasmonics has exploded as researchers have demonstrated exciting applications related to chemical and optical sensing ...

본 실험 과정의 전체적인 목표는 콜로이드 리소그래피(colloidal lithography)라고 불리는 저비용의 간단한 기술을 사용하여 금 나노컵(gold nanocups)의 주기적 배열을 제작하고 그 특성을 분석하는 것입니다. 금 나노컵 또는 나노쉘(nanoshells)은 비선형 광학, 메타물질, 화학 센싱과 같은 분야에 응용되는 독특한 광학적 특성을 가지고 있습니다. 본 영상에서는 고도로 단분산된 폴리스티렌 나노구체(polystyrene nanospheres)의 자기 조립을 기반으로 하는 저비용 기술을 통해 유연하고 투명한 나노 플라즈모닉 배열 필름을 제작하는 방법을 배우게 됩니다.이 접근 방식은 EUV 리소그래피와 같은 직렬 공정과 비교하여 확장성이 뛰어나다는 장점이 있습니다. 금 나노컵 또는 나노쉘의 주기적 배열로 구성된 이러한 박막은 화학 센싱, 변조 표시 및 광전지 분야에 이르기까지 다양하게 응용됩니다. 또한, 원하는 응용 분야에 따라 이러한 박막의 플라스몬 공명 파장을 가시광선에서 근적외선 영역까지 간단하게 조절할 수 있습니다.이 영상에서는 희생 실리콘 기판 상의 금 나노컵 어레이 제작, 생성된 구조의 광학적 특성 분석, 그리고 투명 접착 필름으로의 필름 전사 과정을 설명합니다. 먼저, 플라스마 세척을 위해 여러 개의 실리콘 웨이퍼를 쿼츠 캐리어에 넣습니다. 이는 고분자 나노구체의 자기 조립에 필수적인 깨끗한 친수성 표면을 확보하기 위함입니다.다음으로, 쿼츠 캐리어를 플라즈마 시스템에 넣고 진공 상태로 만듭니다. 시스템은 30 SCCM의 산소 유량으로 250 watt에서 15분간 산소 플라즈마 세정을 수행하도록 설정되었습니다. 실리콘 웨이퍼가 플라즈마 세정되는 동안, 냉장고에서 폴리스티렌 나노구체 용액을 꺼내 상온으로 맞춥니다.균일한 용액을 확보하기 위해, 용액을 1분 동안 짧게 보텍스 믹싱합니다. 그 다음 용액을 1분 동안 초음파 처리합니다. 스핀 코팅 중에 단층을 얻으려면, 일반적으로 10 weight percent 나노구 스톡 용액을 희석해야 합니다.이를 위해, 깨끗한 고순도 물을 사용하여 나노구체 용액을 고형분 중량 퍼센트 5%로 희석합니다. 플라즈마 시스템에서 깨끗한 실리콘 웨이퍼를 꺼내 먼지나 유기 잔류물과 같은 오염 물질이 있는지 확인합니다. 웨이퍼의 상태가 적절하다면, 스핀 코터 중앙에 장착하고 진공 상태를 시작합니다.다음으로, 스핀 코터를 적절한 속도, 가속도 및 회전 시간으로 설정하십시오. 이는 사용하는 폴리스티렌 나노구체의 크기와 농도에 따라 달라집니다. 본 실험에서는 단층 피복을 형성하기 위해 스핀 코터를 3,000 rpm, 초당 2,000 rpm으로 1분 동안 설정하십시오.희석된 나노구체 용액을 준비하고 플라스틱 주사기를 사용하여 나노구체 용액 약 1 mL를 취합니다. 그 다음 주사기 끝에 5 µm 필터를 장착합니다. 이는 자기 조립 박막의 품질에 부정적인 영향을 줄 수 있는 응집물을 제거하는 데 도움이 됩니다.주사기를 스핀 코터 위에 잡고 플런저를 눌러 나노구체 용액 한 방울을 떨어뜨립니다. 그다음 유연한 동작으로 웨이퍼 중심에 용액을 분사하여 웨이퍼의 약 2/3가 덮이도록 합니다. 덮개를 닫고 스핀 사이클을 시작합니다.스핀 사이클이 완료될 때까지 기다린 후 진공을 해제하고, 덮개를 열어 웨이퍼를 꺼냅니다. 스핀 코터 내부를 닦아내어 과잉의 나노구체 용액을 모두 제거하십시오. 다음 단계로 진행하기 전에, 스핀 캐스팅된 박막의 품질을 평가하는 것이 중요합니다.먼저, 기포, 먼지 또는 응집물로 인한 결함이 있는지 육안으로 검사합니다. 그런 다음 광학 현미경을 사용하여 박막의 품질을 추가로 평가할 수 있습니다. 광원을 켜고 대물렌즈 아래에 시료를 배치하면 다층 형성, 결함 또는 핀홀을 포함한 박막의 품질을 명확하게 평가할 수 있습니다.이 이미지들에서 우리는 고품질의 박막, 다층 구조를 포함하는 박막, 그리고 구멍이 포함된 박막을 확인할 수 있습니다. 박막의 품질을 평가하는 마지막 기술은 주사 전자 현미경을 사용하는 것입니다. 이를 통해 나노 규모에서 박막을 시각화할 수 있습니다.필름의 품질을 평가한 후, 이제 나노구체를 기판에 어닐링해야 합니다. 기판을 107 °C의 오븐에 넣고 약 2분 동안 유지합니다. 오븐에서 기판을 꺼내어 실온에서 잠시 식힙니다.다음으로, 어닐링된 기판을 식각을 위해 플라스마 시스템으로 옮깁니다. 플라스마 시스템을 75 watts, 산소 20 SCCM, 식각 시간 175 seconds로 설정합니다. 산소 흐름을 시작합니다.압력이 안정될 때까지 기다린 후 RF 플라즈마를 발생시킵니다. 보이는 바와 같이, 산소 플라즈마가 폴리스티렌 나노구체를 등방성으로 식각하여 균일한 간격의 주기적인 구체 배열이 형성됩니다. 식각 후, 스퍼터 코팅을 사용하여 29 nm 두께의 금 중간층을 증착합니다.증착 각도를 변경하여 이방성 구조를 제작할 수 있습니다. 본 샘플의 경우, 기판에 수직으로 금을 증착하였습니다. 왼쪽 사진은 스핀 캐스팅된 폴리스티렌 나노구체가 도포된 2인치 웨이퍼입니다.오른쪽은 금 증착 후의 웨이퍼입니다. 실리콘 기판 위의 금 나노컵 어레이의 광학적 특성을 측정하기 위해 마이크로 분광광도계를 사용합니다. 플라스몬 공명 피크는 약 650 nanometers에서 나타납니다.이 프로토콜의 마지막 단계는 금 나노컵 어레이를 유연하고 정형적인 필름으로 옮기는 것입니다. 우리는 빠르고 간단한 리프트 오프(lift off) 기술을 수행하기 위해 투명한 압력 민감성 접착 테이프를 사용합니다. 테이프 조각을 사용하여 금이 코팅된 기판에 조심스럽게 밀착시킵니다.웨이퍼 표면과 테이프 사이에 형성되었을 수 있는 기포를 조심스럽게 제거해야 할 수도 있습니다. 테이프가 기판에 잘 밀착되면 테이프를 천천히 떼어냅니다. 테이프를 완전히 제거하면 주기적으로 배열된 나노컵으로 구성된 유연하고 정형적인 박막이 완성됩니다.이 방법을 사용하여 콜로이드 리소그래피, 플라스마 식각 및 금속화를 통해 나노 플라스모닉 필름을 제작하였으며, 여기서 폴리스티렌 나노구체는 금속 나노컵 증착을 위한 자기 조립 템플릿 마스크 역할을 했습니다. 제작 공정의 결과는 주사 전자 현미경을 사용하여 검증되었습니다. 여기에서 폴리스티렌 나노구체의 자기 조립 단분자층, 식각된 나노구체, 그리고 금속 증착 후의 나노컵 마이크로그래프를 확인할 수 있습니다.이 박막들의 광학적 특성에는 가시광선 스펙트럼에서 약 70%까지의 우수한 빛 투과율과 더불어 명확하게 식별 가능한 플라스몬 공명 특성이 포함됩니다. 콜로이드 리소그래피는 나노 플라스모닉 박막을 제작할 수 있는 신속하고 잠재적으로 비용이 저렴한 기술입니다. 이 기술은 일반적으로 사용 가능한 장비만을 필요로 하며, 나노 플라스모닉 박막을 단 몇 시간 만에 준비할 수 있습니다.본 영상에서는 가시광선 영역에서 플라즈모닉 응답을 나타내는 금 나노컵(gold nanocups)의 주기적 배열로 구성된 박막을 제작하기 위해 이 기술을 사용하는 방법을 보여주었습니다. 이 기술을 숙달하면 가시광선과 근적외선 영역 모두에서 광학적 응답을 갖는 매우 다양한 나노 플라즈모닉 박막을 제작할 수 있을 것입니다.

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Research

연구

JoVE Journal

Engineering

공학

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배우세요 콜로이드 리소그래피를 이용한 금 나노컵 주기적 배열 제작 방법입니다. 폴리스티렌 나노구체 자기조립을 활용한 저비용 기술로 화학 센싱 및 비선형 광학에 응용 가능한 유연한 투명 나노플라즈모닉 필름을 제작합니다.

콜 로이드 리소 그래피를 사용 하 여 정기적 금 Nanocup 배열의 제작

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